Основные варианты системы разработки с отбойной руды из подэтажных выработок

По признаку расположения камер в рудном теле выделяются два основных варианта:

1) с расположением камер длинной стороной по простиранию и разделением их на подэтажи штреками. Вариант применяется в месторождениях мощностью 8—12 м, в очень устойчивой руде и вмещающих породах мощность может быть увеличена до 25 м и несколько выше. В этом случае соотношение запасов руды в камере по отношению к запасам в междукамерном целике достигает до 6:1 и система дает наибольший эффект (рис. 151, а);

2) с расположением камер длинной стороной вкрест простирания и разделением их на подэтажи ортами. Вариант применяется в месторождениях мощностью от 12 м и выше, когда расположение камер длинной стороной по простиранию может привести к обрушению их кровли и является небезопасным. Соотношение запасов руды в камере значительно менее благоприятно, чем в предыдущих вариантах, оно изменяется от 2 : 1 до 1:1 (рис. 151, б и в). В очень мощных месторождениях для обеспечения сохранности потолочин камер длину последних вкрест простирания ограничивают 50—60 м и камеры располагают в несколько рядов (рис. 151, в), а между рядами оставляют дополнительно продольные целики по простиранию рудного тела. Тогда резко снижается запас руды в камерах по отношению к запасам в целиках (составляет 1:3); и эффективность системы уменьшается, так как отработка целиков всегда связана с повышенными потерями и разубоживанием.

По способу доставки отбитой руды до откаточного горизонта самостоятельных вариантов не выделяется, так как применение данной системы в месторождениях с углами падения, не обеспечивающих доставку руды собственным весом, не характерно.

Вариант с отбойкой руды из подэтажных штреков (рис. 152). Высота блока (этажа) принимается чаще всего в пределах 60—80 м. При большей величине этаж разделяется на два подэтажа. Высота этажа, а следовательно, и камеры, так же как и ее горизонтальные размеры, лимитируются величиной площади обнажения боковых пород и кровли камеры, которое можно допустить, не опасаясь массового обрушения вмещающих пород и руды. Большую роль здесь играет продолжительность отработки камеры. Чем отработка интенсивнее, тем большие размеры камеры допускаются.

Высота этажа складывается из высоты камеры, толщины потолочины и толщины днища. При высоте этажа например в 70 м высота камеры равна 45—50 м, а подэтажа — 10—18 м в зависимости от способа бурения. Чем больше высота подэтажа, тем меньше общая длина подэтажных штреков и тем меньше объем нарезных работ. Толщина потолочины зависит от мощности залежи и устойчивости руды и изменяется от 5 до 10 м. Толщина днища складывается из двух величин:

1) мощности целика между горизонтами откатки и вторичного дробления, которая зависит от способа доставки отбитой руды до откаточного горизонта. При самотечной доставке, с устройством камер грохочения, мощность целика принимается 6 8 м, а иногда больше. При скреперовании принимаются примерно те же величины, но нередко выработки горизонта скреперования проходят непосредственно над кровлей выработок откаточного горизонта и тогда указанная мощность составляет 2—2,5 м;

2) мощности целика от горизонта вторичного дробления до горизонта воронок (уровня подсечки камеры), которая зависит от устойчивости руды, диаметра воронок и угла наклона их стенок и изменяется обычно от 5 до 8 м.

С учетом вышеизложенного толщина днища устанавливается от 15 до 8 м и меньше (при вибровыпуске и выпуске непосредственно на откаточный горизонт).

Потолочина и днище составляют междуэтажный целик, погашаемый в основном как одно целое. Длина блока, включающая камеру и междукамерный целик, принимается в пределах 40—75 м (размер по простиранию залежи) с учетом устойчивости вмещающих пород. Нa длину целика влияют устойчивость боковых пород, высота этажа и способ отработки. В зависимости от указанных факторов длина принимается 6—10 м, с общей тенденцией к уменьшению.

Подготовительные работы. Подготозка блока заключается в проходке откаточного этажного штрека. В залежах мощностью до 8 м, когда по ее ширине располагается одна выпускная воронка, штрек проходят чаще всего по руде по контакту с породами лежачего бока В залежах мощностью 8—12 м лучше иметь две выпускные воронки, что обеспечит большую производительность по выпуску отбитой руды (рис. 153).

Из штрека в междукамерном целике по середине его длины проводят восстающий пo руде, обычно по контакту с породами лежачего бока.

В залежах мощностью свыше 12 м иногда проходят дополнительно полевые откаточные штреки, а из них полевые восстающие, что облегчает вентиляцию при погашении целиков. В целиках проводят орты, расстояние между которыми по вертикали равно высоте подэтажа. Эти орты используются впоследствии для отработки целика.

Из восстающего на горизонте вторичного дробления проходят штрек при одной выпускной воронке на контакте с породами висячего бока или штрек при двух воронках посередине залежи. При самотечной схеме доставки отбитой руды на горизонте вторичного дробления устраивают камеры грохочения, соединенные с выработками откаточного горизонта рудоспусками диаметром 1,5—2 м. При скреперной доставке горизонты откаточный и вторичного дробления соединяются одним или двумя рудоспусками (в зависимости от длины скреперования), пройденными на концах скреперной выработки. На горизонте подсечки проходят посередине залежи штрек, соединенный с горизонтом вторичного дробления рудоспусками, расширяемыми в верхней части в выпускные воронки.

Из восстающих в междукамерных целиках проводят подэтажные штреки, разделяющие камеры на подэтажи. Верхний подэтажный штрек проходят под потолочиной, нижний — на уровне воронок. Штреки на горизонтах вторичного дробления, подсечки и подэтажные штреки проходят сечением 2х2—2х2,5 м. Подэтажныe штреки и штреки на горизонтах подсечки и вторичного дробления (в крепких породах) не крепят. Восстающие проводят из два отделения — рудоспускное и ходовое.

Откаточные штреки в очень крепких породах проводят без крепления. В породах средней крепости ставят деревянные или металлические рамы в разбежку и применяют штанговую крепь.

Очистные работы. Очистная выемка в блоке включает следующие процессы: 1) подсечку основания камеры с проходкой выпускных воронок; 2) образование отрезной или разрезной щели из ранее пройденного восстающего (при двухфланговой отбойке руды в камере посредине ее длины проходят разрезной восстающий) (см. рис. 152), а при однофланговой отбойке проводят отрезной восстающий па границе с междукамерным целиком; 3) отбойку руды в камере из подэтажных штреков и погашение междукамерных и междуэтажных целиков.

Вначале образуют одну или две воронки, расположенные по мощности залежи, и, расширяя их до полного диаметра, подсекают камеру на всю ширину (рис. 154). Первые воронки располагают против разрезной щели, после чего приступают к ее проходке, отбивая руду из подэтажных штреков (рис. 155). Иногда образование щели ведется с магазинированием руды в ней.

Основание камеры подсекается с опережением линии очистных забоев на одну-две воронки. Расстояние между воронками принимается с таким расчетом, чтобы на каждую из них приходилось 30—50 м2 площади основания камеры. Нередко подсечка производится образованием сплошных траншей.

По окончании подсечки и проходки щели начинается отбойка руды в камере из подэтажных штреков в направлении от междука-мерного целика (см. рис. 153) при однофланговом ведении очистной выемки или в направлении от ее середины к междукамерным целикам при двухфланговой выемке (см. рис. 152). Предварительно из подэтажных штреков на всю с мощность залежи проходят в обе стороны заходки (орты) шириной 2 м и на эту ширину отбивают слой руды в подэтажах. Заходки проходят последовательно после отбойки каждого слоя. Такой способ но-сит название отбойки из открытых заходок.

В недостаточно устойчивых рудах с целью обеспечения большей безопасности и снижения объема нарезных работ отбойка производится из закрытых заходок (рис. 156) зарядами штанговых шпуров или глубоких скважин в зависимости от высоты подэтажа. Из открытых заходок руда в подэтажах отбивается с учетом их высоты зарядами мелких шпуров, пробуриваемых навстречу друг другу из верхней и нижней заходок с недобуром между ними в 1—1,5 м в зависимости от крепости руды (способ в настоящее время применяется редко), и зарядами штанговых шпуров, пробуриваемых с верхней или нижней заходки с недобуром 1—2 м.

Руда в камерах может отбиваться веерными или круговыми комплектами штанговых шпуров или комплектами глубоких скважин, пробуренных из двух штреков, пройденных по контакту с лежачим и висячим боком (рис. 157). Такой способ применяется в залежах мощностью свыше 15 м при не вполне правильных контактах между рудой и вмещающими породами. Его преимущество заключается в безопасности работ, отсутствии заходок и возможности увеличения высоты подэтажей, что снижает объем нарезных работ. Кроме того, при отбойке из штреков, пройденных на контактах, снижаются потерн и разубоживание по сравнению с отбойкой такими же комплектами, пробуренными из одного штрека, пройденного посредине залежи. Это обстоятельство оправдывает проходку на подэтажах дополнительного штрека, особенно в рудах повышенного качества.

В зависимости от диаметра шпуров или скважин и крепости руды расстояние между комплектами изменяется от 1,5 до 3,0—3,5 м, между концами шпуров или скважин — от 1,2 до 3 м.

На взаимное расположение уступов в процессе очистной выемки влияет устойчивость руды. В рудах сравнительно малоустойчивых отбойка верхних подэтажей ведется с опережением по отношению к нижним (рис. 158, а).

В рудах устойчивых выемка подэтажей ведется с соблюдением общей вертикальной линии их продвигания. В практике такое расположение наиболее распространено (рис. 158, б). В очень устойчивых рудах нижние уступы отбиваются с опережением по отношению к верхним. В этом случае производительность камеры увеличивается, так как представляется возможность иметь большее количество воронок для выпуска руды.

В месторождениях с очень крепкой рудой, весьма устойчивыми боковыми породами и при отсутствии надлежащего бурового оборудования подэтажи отбиваются камерными (сосредоточенными), зарядами. Подготовка блока здесь в основном не отличается от подготовки в предыдущем варианте. Различие заключается в следующем:

1) ширила камеры, при расположении ее длинной стороны по простиранию, колеблется в пределах 25—50 м, а иногда и больше, так как отбойка минными зарядами производится при наличии очень устойчивых вмещающих пород и руды;

2) высота блока-этажа изменяется от 70 до 100 м и выше, величина площади обнажения висячего бока достигает 5000—7000 м2, а потолочины — до 3000 м2. В связи с последним толщина междуэтажного целика доходит до 25—30 м:

3) объем нарезных работ значительно возрастает за счет проходки в массиве блока большого количества выработок (штреков и ортов) для размещения камерных зарядов. На общий объем этих выработок влияет расстояние между ними по вертикали, т. е. толщина отбиваемого слоя (л. н. с.), изменяющаяся в зависимости от крепости руды от 7 до 12 м;

4) отбойка камерными зарядами повышает кусковатость руды, выход негабарита, как правило, равен 35—40% при кондиционном размере куска 350—450 мм, поэтому руду выпускают обычно при наличии камер грохочения.

В данном способе отбойки производительность труда забойного выше, чем при мелкошпуровой и штанговой, а иногда даже и при-отбойке глубокими скважинами. Ho перспектив к широкому применению этого способа не имеется. Значительно ухудшаются санитарно-гигиенические условия для работающих на горизонтах выпуска за счет увеличенного газовыделения из-за повышенного расхода BB на вторичное дробление и увеличенного пылевыделения.

Для доставки отбитой руды до горизонта откатки применяется в основном скреперная или самотечная схема с камерами грохочения. В последнее время на ряде шахт руда из воронок выпускается на подошву коротких выработок-заездов, проходимых из откаточного штрека, а вагонетки загружаются погрузочной машиной. Негабаритные куски разбиваются на подошве заездов.

Проветривание очистных забоев вполне удовлетворительно, так как направление струи воздуха легко регулируется. Свежий воздух из откаточного штрека по короткой ходовой выработке или по вентиляционному восстающему поступает в выработки горизонта вторичного дробления и в подэтажные штреки (рис. 159). Омыв их, отработанная струя уходит по вентиляционному восстающему, пройденному по руде в целике или в камере, или по полевому восстающему. При скреперной доставке свежая струя, поступающая из штрека на горизонт вторичного дробления, должна проходить около скрепериста.

В процессе отработки блока потери и разубоживание складываются из потерь и разубоживания при выемке камер, междукамерных и междуэтажных целиков. Потери при выемке камер не превышают 2—4% и происходят из-за неточной отбойки руды на контактах и зависания на лежачем боку в залежах с недостаточным углом падения. Такое же положение и с разубоживанием. Оно увеличивается при отработке камер за счет отслоения боковых пород и преждевременного обрушения потолочины, что предотвращается правильным выбором размеров элементов блока. Основные потери и разубоживание дает отработка целиков. В зависимости от способа их погашения потери и разубоживание колеблются в пределах 15—40%, а в целом по системе — от 8 до 15%.

Вопросы техники безопасности и промсанитарии решаются вполне благоприятно при соблюдении небольшого количества мероприятий, а именно: правильного выбора размеров междукамерных и междуэтажных целиков в соответствии с устойчивостью пород; тщательного наблюдения за состоянием почвы и кровли подэтажных штреков (при отбойке руды из открытых заходок) после взрывных работ; хорошего освещения заходок; применения орошения на горизонтах вторичного дробления.

Организация работ. Успешная работа в очистных забоях обеспечивается своевременным выполнением цикла, включающего комплекс операций по отбойке руды в камере на всю ее ширину, высоту и толщину слоя, равную л. н. с., и выпуска отбитой руды на откаточный горизонт. Работы должны выполняться комплексными бригадами.

На организацию работ влияет способ выемки руды в камере. Если выемка ведется в двух направлениях, то увеличивается производительность камеры и создается большая гибкость в использовании рабочей силы.

Организация работ должна предусматривать увязку во времени между подготовкой блока и очистной выемкой. Следует также учитывать время на заполнение отработанной камеры пустыми породами, если это предусматривается способом погашения целиков. Все это необходимо для определения среднемесячной производительности блока и количества блоков, находящихся в подготовке и очистной выемке, с целью обеспечения годовой производительности шахты.

Вариант с отбойкой руды из подэтажных штреков применяется для разработки весьма тонких жильных месторождений мощностью от 5 до 30 см, с углом падения 70° и выше. Условия применения: крутое падение; устойчивые вмещающие породы; ровные и выдержанные контакты жилы с боковыми породами и наличие зальбандов на контактах. Этаж высотой 30—40 м разделяется на блоки длиной от 40 до 60 м.

Подготовка блоков заключается в проходе откаточного штрека высотой 2 м с подрывкой боковых пород и восстающих по жилена два отделения шириной 0,8 Al, также с подрывкой боковых пород. Из восстающего в обе стороны через 6—7 м по вертикали нарезают по жиле штреки высотой 1,8—2 м и шириной 0,8 м. Одновременно через 7 м разделывают выпускные воронки длиной около 4 м и шириной 0,8 м с короткими рудоспусками.

Для отбойки руды из подэтажных штреков бурят по жиле нисходящие и восходящие шпуры диаметром не свыше 25 мм. Отбитая руда самотеком поступает по выработанному пространству в воронки. Так же перепускается и пустая порода от проходки подэтажных штреков.

Условия проветривания очистных забоев благоприятны.

Приведенный вариант имеет значительные преимущества по сравнению с отработкой подобных месторождений с раздельной выемкой, когда ширина очистного забоя должна быть не менее 0,7—0,8 м.

В последнее время на ряде рудников принято наклонное днище камер без воронок, в связи с чем несколько изменена и схема, подготовки блока (рис. 160). В этом случае полевой откаточный штрек и полевой восстающий также проходят в лежачем боку. Штрек по руде проводят по контакту с породами лежачего бока. Отбитая руда поступает на горизонт скреперования, выработки которого проходят на уровне кровли откаточного штрека или на горизонт грохочения, расположенного на 6—7 м выше откаточного. Выпускают руду на подошву коротких заездов, пройденных из откаточного штрека, и грузят в вагонетки погрузочными машинами. По данным Криворожского рудника «Большевик», применение наклонного днища сократило длину нарезных выработок на 1000 т запасов руды с 7—11 до 2—4 м.

Вариант с отбойкой руды из подэтажных ортов. Вариант применяется в мощных месторождениях с расположением камер длинной осью вкрест простирания рудных тел. Высота блока и подэтажей принимается здесь такая же, как и при отбойке руды из подэтажных штреков. Длина камер равна мощности залежи, а при очень большой мощности ограничивается 60 м. Ширина камеры (по простиранию) изменяется в пределах 12-25 м. а в очень устойчивых рудах и боковых породах принимается больше. Ширина междукамерных целиков (по простиранию) изменяется от 7 до 20 м, толщина потолочины — от 6 до 10 м, днища — от 10 до 20 м.

Подготовительные работы. Схема подготовки блоков при отбойке руды из подэтажных ортов в основном такая же, как и при отбойке из подэтажных штреков, но в связи с большей мощностью месторождений подготовка, как правило, полевая, т. е. проходится полевой штрек, а из него против середины междукамерных целиков — полевые восстающие. По ширине камеры нарезают не меньше двух воронок. Блок подготавливается полевым штреком и восстающим в лежачем боку, а по контакту с висячим боком проходится рудный штрек. Штреки соединяются ортами.

При небольшой ширине камеры и междукамерного целика проходится на блок один орт, используемый и при отработке междукамерного целика (рис. 161). При большей ширине камеры и целика проходят орты по центрам камеры и целика. Из полевого восстающего проводят орты по середине целика до контакта с висячим боком. Расстояние между ортами по вертикали равно высоте подэтажа и изменяется от 10 до 20 м. Из ортов проходят штреки на всю ширину камеры, по ее середине или по контакту с каким-либо боком, а из штреков — орты по середине камеры для отбойки руды в ней. Отрезной восстающий, разделываемый затем в отрезную щель, проходится по контакту руды с породами висячего бока. В остальном подготовка блока такая же, как и в первом варианте (см. рис. 152). Очистные работы. Отбойка руды в подэтажах обычно ведется в направлении от висячего бока к лежачему. Подсечка камеры, способы отбойки руды, доставки ее на откаточный горизонт и другие операции производятся так же, как и в варианте с подэтажными штреками. Аналогично решаются вопросы по вентиляции, потерям и разбоживанию, технике безопасности, организации работ.

Вариант с отбойкой руды из подэтажных ортов в наклонных месторождениях применяется очень редко. На рис. 162 приведена схема отработки подобной залежи со скреперной доставкой отбитой руды. Подготовка блока и очистная выемка ничем не отличаются от принятых в предыдущих вариантах. Отрезной восстающий и отрезная щель проводятся по контакту с породами лежащего бока, по которому по мере отбойки руда скреперуется до горизонта вторичного дробления. В маломощных залежах необходимо скреперовать весь запас руды в камере, в мощных скреперуется часть запасов, прилегающих к лежачему боку. По мере ухода линии отбойки подэтажей к висячему боку руда поступает в воронки под действием собственного веса.

На рис. 162 высота этажа ограничивается длиной скреперования — 50—60 м по наклону. Пребывание рабочих в выработанном пространстве при скреперной доставке не исключено и поэтому здесь требуется наличие очень устойчивой руды, так как осмотр кровли весьма затруднителен. При погашении целиков будут большие потери за счет руды, оставшейся на лежачем боку, когда в выработанное пространство доступ исключен. Для избежания этого необходимо отказаться от скреперования и снизить потери руды проходкой полевых штреков в лежачем боку, а из них выпускных воронок, т. е. устроить несколько промежуточных горизонтов выпуска (рис. 163), а также оставлять целик руды у лежачего бока таких размеров, чтобы отбитая руда поступала самотеком в выпускные воронки. Недостаток данного способа заключается в значительном увеличении объема нарезных работ по пустым породам, что не всегда оправдывается.