Особенности основных производственных операций очистной выемки

К основным производственным операциям, выполняемым в очистных выработках, относят: отбойку полезного ископаемого, доставку его до транспортных выработок и поддержание выработанного пространства.
Отбойка полезного ископаемого. Выбор способа отбойки и средств ее выполнения зависит в основном от крепости полезного ископаемого, а также мощности и угла падения пласта (залежи).
Для отделения от массива полезного ископаемого, характеризующегося небольшой крепостью, используют комбайны, струги и отбойные молотки. Широкое распространение механическая (машинная) отбойка получила при разработке угольных месторождений.
Наиболее универсальной является отбойка с помощью взрывчатых веществ. Отбойку зарядами BB, расположенными в шпурах, применяют в очистных забоях.
Эффективность шпуровой отбойки зависит в значительной степени от количества обнаженных плоскостей забоя. На рудниках очистному забою придают такую форму, чтобы необходимость в устройстве дополнительных врубов отпадала (уступная форма забоя обеспечивает образование дополнительных обнаженных плоскостей).
Шпуры бурят ручными, колонковыми и телескопными перфораторами или электросверлами, при этом широко используют буровые установки. Отбойку зарядами BB во взрывных скважинах применяют при разработке главным образом мощных рудных месторождений, характеризующихся достаточно высокой крепостью и устойчивостью руды. Взрывные скважины бурят станками вращательного бурения, иногда в сочетании с пневмоударниками. Скважины располагают таким образом, чтобы при взрывании зарядов руда отбивалась слоями в сторону обнаженной плоскости. Этот способ отбойки отличается от шпурового значительно большей эффективностью — более высокой производительностью, меньшей трудоемкостью, меньшим удельным расходам BB и более благоприятными условиями труда бурильщиков.
Сравнительно редко в настоящее время при разработке мощных месторождений с крепкими рудами применяют отбойку зарядами BB, располагаемыми в минных выработках. По сравнению с предыдущим этот способ характеризуется большей трудоемкостью (проведение сети минных выработок при ограниченных возможностях механизации проходческих работ), менее благоприятными условиями- труда, а худшим дроблением отбиваемой руды. На рис. 179 показаны способы отбойки полезных ископаемых в очистных забоях с помощью ВВ.

Гидравлический способ отбойки имеет ограниченное применение при разработке угольных месторождений; крепость угля в значительной степени определяет эффективность этого способа.
Своеобразен способ отбойки руды обрушением, сущность его заключается в использовании гравитационных сил и горного давления для отделения руды от массива и ее дробления. Способ находит применение при разработке мощных рудных тел с рудой средней крепости и небольшой ценности. Отбойка осуществляется снизу в результате обрушения при подсечке рудного тела на более или менее значительной площади.
Доставка полезного ископаемого. Выше с достаточной полнотой были рассмотрены различные способы доставки горных пород, применяемые при проведении разведочных и эксплуатационных горных выработок, в значительной степени пригодные и для очистных работ.
Ручная доставка, заключающаяся главным образом в перелопачивании или перекидке полезного ископаемого до рудоспуска, имеет весьма ограниченное применение при некоторых специфических условиях разработки тонких жил.
Доставку под действием силы тяжести полезного ископаемого широко применяют при разработке крутых пластов (рудных тел) в качестве основного способа.
Полезное ископаемое можно перемещать непосредственно в выработанном пространстве или по рудоспускным восстающим, печам, скатам. При разработке рудных месторождений доставку под действием силы тяжести часто применяют в комбинации со скреперной доставкой.
Механическая доставка имеет широкое применение при разработке угольных, рудных и россыпных месторождений.
В угольных шахтах используют конвейеры, на рудниках и приисках— чаще всего скреперные установки. Применяют также самоходные погрузочно-доставочные машины, челночные вагонетки, автосамосвалы и бульдозеры. На гидрошахтах доставку угля производят по желобам потоком воды.
Доставку с использованием энергии взрыва применяют при разработке мощных рудных месторождений.
Операцию доставки полезного ископаемого чаще всего завершают погрузкой его через люки в вагонетки или на конвейеры, установленные в транспортных выработках.
Поддержание выработанного пространства. При подземной разработке месторождений поддержание выработанного пространства, называемое часто «управлением горным давлением», имеет исключительно важное значение для обеспечения безопасных и удобных условий работы людей, а также (если это необходимо) для предотвращения деформации горных пород, окружающих выработанное пространство, и земной поверхности.
Поддержание выработанного пространства осуществляется различными способами: целиками, оставляемыми на некоторое время пли навсегда в выработанном пространстве; отбитым от массива полезным ископаемым, временно оставляемым в выработанном пространстве; закладочным материалом, размещенным в выработанном пространстве и крепью. Несколько особое место занимает искусственно вызываемое обрушение в выработанное пространство окружающих его пород.
При разработке рудных месторождений оставление междуэтажных и междукамерных целиков иногда является достаточным для более или менее длительного поддержания выработанного пространства в пределах выемочной камеры. В других случаях целики руды оставляют и непосредственно в очистном забое (рис. 180).

Обычно целики по завершении очистных работ в камере или на этаже также извлекаются; оставление целиком навсегда допускается при малоценных рудах. Оставление целиков угля для поддержания выработанного пространства практикуется сравнительно редко. Это объясняется относительно небольшой устойчивостью вмещающих угольные месторождения пород, невысокой крепостью угля, а также пожароопасностью.
Весьма экономично поддержание вмещающих пород отбитым от массива и временно оставляемым в выработанном пространстве полезным ископаемым. Наибольшее распространение этот способ получил при разработке рудных месторождений. Часть отбитой руды оставляют (магазинируют) в выработанном пространстве для поддержания висячего и лежачего боков до окончания очистных работ, а затем выпускают из камеры.
Закладка выработанного пространства при разработке рудных и угольных месторождений является довольно распространенным способом поддержания. Сущность способа сводится к тому, что образующиеся в результате выемки полезного ископаемого полости полностью или частично заполняют закладочным материалом. В качестве последнего используют горные породы, специально или попутно добываемые под землей или в карьерах, шлаки металлургических заводов или реже хвосты обогатительных фабрик.
Поддержание выработанного пространства закладкой приводит к значительным расходам на добычу, транспортировку до выработанного пространства и размещение в нем закладочного материала. Однако следует иметь в виду, что закладка является весьма надежным средством обеспечения безопасности горных работ, высокого извлечения полезного ископаемого, предохранения от деформаций пород, перекрывающих месторождение, и земной поверхности.
По способам размещения закладочного материала в выработанном пространстве различают ручную, самотечную, механическую, гидравлическую и пневматическую закладки. В процессе самотечной закладки закладочный материал поступает в выработанное пространство под действием силы тяжести; при механической закладке он размещается в выработанном пространстве с помощью машин (скреперов, самоходного оборудования, машин метательного действия, конвейеров).
При гидравлической закладке транспортировка в очистные забои материала в смеси с водой и размещение его в выработанном пространстве осуществляются по трубам. Для пневматической закладки используют энергию сжатого воздуха, которым закладочный материал забрасывают в выработанное пространство.
С целью сокращения потерь ценной руды, особенно при разработке месторождений на больших глубинах, используют твердеющую закладку. При этом к закладочному материалу добавляют вяжущие вещества (цемент, гипс и др.), которые, реагируя с водой, образуют монолитный массив, характеризующийся значительной устойчивостью.
Временное поддержание выработанного пространства или его сравнительно небольшой части около очистного забоя может осуществляться различными видами крепи. В качестве крепежных материалов используют дерево и металл. Деревянную крепь применяют в виде рядов стоек или крепежных рам, устанавливаемых вдоль очистного забоя между висячим и лежачим боком.
Металлическая крепь получила наибольшее распространение при разработке угольных месторождений.
Крепь очистных выработок угольных шахт в зависимости от назначения разделяют на призабойную, специальную и комбинированную. Призабойную крепь устанавливают по мере выемки угля. Она предназначена для поддержания относительно небольшой части выработанного пространства, находящегося вдоль очистного забоя. Призабойная крепь представляет Тобой деревянные или металлические стойки. Металлические раздвижные стойки используют многократно в качестве переносной крепи в сочетании с деревянными или металлическими шарнирными верхняками. Специальную крепь, называемую иногда «посадочной», используют при обрушении кровли как средства управления горным давлением. Деревянная специальная крепь представляет собой стойки, устанавливаемые на небольшом расстоянии друг от друга в ряд («органная» крепь) или в виде компактной группы («кустовая» крепь), а также костры.
Металлическая посадочная крепь выполняется в виде передвижных стоек массивной конструкции.
Комбинированная крепь предназначена для выполнения функций призабойной и специальной крепи. В тех комплексах, в которых комбинированная крепь является составной частью выемочного агрегата, состоящего из крепи, выемочной машины и конвейера, ее называют агрегатной крепью.
Искусственно вызываемое обрушение пород, необходимое для облегчения поддержания части выработанного пространства, широко применяют при разработке угольных месторождений. Рассмотрим этот способ управления горным давлением на примере обрушения (посадки) кровли в угольной лаве (рис. 181). Очистной забой закреплен призабойной крепью, на некотором расстоянии от нее устанавливают посадочную крепь. Под ее защитой извлекают ранее установленную призабойную крепь, вследствие чего кровля деформируется и породы в незакрепленной части выработанного пространства обрушаются (производится посадка кровли). Разрыхленная масса обрушившихся пород заполняет все обрушенное пространство, принимает на себя давление вышележащих пород и передает его на массив пород, подстилающих угольный пласт. Вследствие этого давление на призабойное пространство снижается и выемка угля может быть продолжена на следующий шаг посадки (расстояние в направлении подвигания забоя лавы между двумя посадками кровли).