Системи розробки з обвалюванням руди і бокових порід

Система підповерхового обвалювання належить до класу систем розробки з обвалюванням руди і бокових порід.

Суттєвість її полягає в тому, що поклад значної товщини, який круто залягає, розділяють на підповерхи висотою від 6 до 40 м, в межах який обвалюють руду. Слідом за рудою обвалюються породи. Випуск руди здійснюють під породами, що обвалилися (рис. 12-13), причому ніяких настилів між рудою і породою не укладають.

Рис. 12‑13 – Система підповерхового обвалювання

Застосовують систему при розробці крутозалягаючих родовищ, що мають товщину більш 5-6 м. Руда і бокові породи повинні бути середньої тривкості або слабкими. Так як випуск здійснюють при безпосередньому контакті руди з породами, що обвалюються, а це наводить до досить значних втрат, цінність її повинна бути незначною.

Для підготовки блоку проходять польовий відкатний штрек 1 і відкатні орти 2, а потім польові підняттєві 3 і на них підповерхові орти 4. Відстань по нормалі між підповерховими ортами дорівнює висоті підповерху. З відкатного орту проводять рудоспуски 5 до верхнього підповерху, а на кожному підповерці – підповерхові штреки 6 і з них дучки 7 для випуску руди, що обвалюється.

Є досить велика кількість варіантів ведення очисних робіт, що застосовуються в залежності від умов. Відрізняються ці варіанти способом обвалювання руди і розмірами зони, в межах якої ведеться обвалювання.

Підповерхове обвалювання з відбійкою руди свердловинами застосовують при розробці потужних і вельми потужних родовищ при руді середньої тривкості. Висота під поверху складає 2-30 м. Обвалювання руди здійснюється над декількома парами дучок (6 і більш). Тобто на площині 250-500 м². Додатково проводять підняттєві 8 з камерами, в яких встановлюють бурові станки. Очисні роботи розділяють на два етапи. Спочатку здійснюють виїмку компенсаційних камер 9, а потім обвалювання масиву руди над цими камерами за допомогою горизонтальних і похилих свердловин 10.

Для утворення компенсаційних камер над дучками відробляють шари руди висотою 3-5 м. Для цього з дучок пробурюють догори шпури, після підривання зарядів в яких в верхній частині дучки утворюється вирва і одночасно руйнується шар руди висотою в декілька метрів. Руду випускають через дучки і, таким чином, утворюють компенсаційну камеру.

Якщо руда недостатньо стійка і утворювати компенсаційну камеру відразу по всій площині, де передбачається здійснювати обвалювання руди, неможливо, то утворюють дві камери з залишенням між ними тимчасового цілика, який руйнують перед вибухом свердловин. Як правило, для доброго дроблення руди об’єм компенсаційних камер повинен складати 20-30% об’єму масиву, що обвалюється.

Руду з компенсаційних камер випускають, але вирви залишають заповненими відбитою рудою, щоб при обвалюванні масиву руди запобігти від руйнування дно, яке сильно ослаблене дучками і вирвами.

З кожної бурової камери бурять два віяльних комплекту свердловин: один з підйомом близько 5°, інший 10-15°. Цими комплектами свердловин відбивають шар руди товщиною 5-6 м. Для руйнування тимчасового цілика між компенсаційними камерами з підповерхового штреку бурять шпури для встановлення анкерного кріплення.

Шпури в цьому цілику і свердловини підривають за один прийом: шпури з нульовим уповільненням (миттєво), а свердловини, що пробурені з першої бурової камери, з уповільненням в 2 сек.; пробурені з другої камери – в 4 сек. і т.д. Руду, що обвалилася, випускають на під поверховий штрек і скрепером доставляють до рудоспуску.

Випуск руди здійснюється в умовах, коли відбита руда покрита породами, що обвалилися. Руда і порода безпосередньо контактують між собою, і задача заключається в тому, щоб при випуску руди з дучок не допустити значного їх перемішування, тобто втрати і розубоження були мінімальними. Щоб зменшити втрати руди, необхідно прийняти мінімально можливу відстань між дучками.

На деяких залізних рудниках розповсюджений так званий шведський варіант підповерхового обвалювання (рис. 12-14). Висота підповерхів 7-8 м. Під поверхові виробки проводять великим перетином, щоб можна було застосовувати потужне бурове і транспортне обладнання. З підповерхових штреків бурять догори віяльні комплекти шпурів, якими відбивають шари руди товщиною близько 1 м. Відбиту руду машинами типу „Джой” завантажують у човникові самохідні вагонетки ємністю 10-15 т і доставляють до рудоспусків. Для встановлення самохідного обладнання на підповерхи проводять під пологим кутом підняттєві, по яким можна виїхати на будь-який горизонт.

Рис. 12‑14 – Система підповерхового обвалювання з завантажувальною машиною і доставкою самохідною вагонеткою

Цей варіант підповерхового обвалювання є варіантом відбійки в зажимі. Тут відбійка руди ведеться не на вільний компенсаційний простір, а на раніше відбиту руду. Вибухом раніше відбита маса ущільнюється і за рахунок цього утворюється компенсаційний простір.

В межах поверху можна відробляти одночасно декілька блоків при умові, що роботи в сусідніх блоках відстають на висоту одного підповерху. Якщо відробка окремих блоків відстає на значну висоту, то на блоки, що виступають у вигляді пик, розвивається значний гірський тиск і відробка їх ускладнюється. Очисні роботи ведуть на одному поверсі. На нищерозташований поверх переходять на флангах шахтного поля, де блоки на цьому поверсі вже відроблені.

Управління покрівлею здійснюється шляхом обвалювання бокових порід. Ніяких штучних засобів не застосовують, вони обвалюються в міру випуску руди. Якщо обвалювання висячого боку відстає, то вироблений простір заповнюється породою, що знаходиться на відроблених поверхах, що залягають вище.

Для провітрювання блоків повітря по відкатно му штреку і підняттєвому поступає на підповерховий орт, що розташований в центрі блоку, і далі в підповерхові штреки. Вихідний струмінь повітря збирається на підповерхових ортах, що розташовані на флангах блоку, і по фланговим підняттєвим виходить на вентиляційний штрек. Скреперисти знаходяться на свіжому струмені повітря. Бурильники працюють в дучках або бурових камерах, що розташовані неподалік від підповерхових штреків. Умови провітрювання робочих місць бурильників значно поганіші, чим скреперистів; робочі місця бурильників провітрюються за рахунок дифузії і стисненого повітря, що поступає до виробок при роботі перфораторів.

Перед початком зміни бурильник повинен відібрати покрівлю в виробці, з якої ведеться буріння шпурів. При випуску руди необхідно дотримувати правил безпеки, що застосовуються до системи підповерхових штреків.

Втрати руди при цьому варіанті значні, так як випуск її здійснюють під породами, що обвалюються, і складають 15-25%. Розубоження коливається в межах 10-20%. Видобуток руди можна підвищити шляхом випуску розубожених руд з низьким вмістом корисних компонентів, але при цьому розубоження зростає. Розубожену руду потім збагачують.

Витрати лісу складають долі кубометру на 1 м³ виробленого простору. Продуктивність праці висока і складає 8-12 м³ в зміну на одного вибійника. Це є перевагами системи.

Недоліки системи: значні втрати і розубоження руди.

Підповерхове обвалення є основною системою розробки залізних руд Кривбасу. Цією системою видобувають близько 65% руди від загальної продуктивності басейну.

Система поверхового самообвалювання. Суттєвість полягає в тому, що рудне тіло підсікають на площі, що достатня для подальшого самообвалювання руди. Руда обвалюється в межах блоку на всю висоту поверху, вище неї розташовуються пусті породи/, що також обвалилися. Руду випускають через дучки і доставляють до відкатних виробок (рис. 12-15).

Застосовують систему при розробці крутопадаючих або горизонтальних родовищ товщиною більш 40 м. Руда повинна бути сильно тріщинувата і схильна до обвалювання в шматках розміром до 50-70 см, які можна пропустити через дучки. Бажано, щоб бокові породи обвалювалися в більш крупних шматках, чим руда, так як в цьому випадку умови випуску руди більш сприятливі і втрати менш. Руда повинна бути несхильною до злежування, самозаймання або окислення, так як після обвалювання вона тривалий час знаходиться в блоці. Цінність руди повинна бути невисокою, так як втрати досягають значних розмірів. Допускається зсув поверхні над дільницею, що розробляється.

Рис. 12‑15 – Система поверхового самообвалювання

На горизонті підсічки дучки розташовуються рівномірно по всій площі блоку по сітці від 5х5 до 7х7 м. Тут їх з’єднують між собою штреками, причому на горизонті підсічки число штреків більше в два рази, ніж на горизонті скреперування. Ці штреки з’єднують декількома ортами і використовують далі для підсічки блоку.

По периметру блоку проходять відрізні виробки, наявність яких ослабляє масив блоку і сприяє самообвалюванню руди.

Першим етапом очисних робіт є підсічка блоку і утворення вирв. Для підсічки блоку необхідно зруйнувати цілики, що залишилися між підсічними штреками. Руйнування цих ціликів здійснюють підриванням зарядів в шпурах або свердловинах. Із ортів, що з’єднують підсічні штреки, вздовж ціликів бурять горизонтальні свердловини. Розміри перетину цілика 4х2 м, тому в ньому достатньо пробурити 2-4 свердловини. Якщо руда тріщинувата і буріння свердловин трудне, їх заміняють шпурами. Підсічку здійснюють поступово, в напрямку від висячого блоку до лежачого. В міру підсікання розвивається склепіння обвалювання, яке після повної підсічки охвачує всю площу блоку.

Для утворення вирв бурять шпури зверху донизу, які підривають одночасно з свердловинами в ціликах.

Наступний етап заключається в випуску руди в період її самообвалювання. Руду випускають з дучок рівномірно по всій площі блоку.

Останній етап очисних робіт – це випуск руди після того, як обвалювання розповсюджується до пустих порід, що залягають вище. Руда, що обвалюється, безпосередньо контактує з пустими породами. Як і в попередній період, випуск руди необхідно вести рівномірно по всій площі блоку з таким розрахунком, щоб поверхня контакту руди і породи переміщувалася вниз, залишаючись паралельною своєму початковому положенню. При такому випуску руди втрати і розубоження руди будуть мінімальними.

Блоки відробляють один поруч з іншим, між блоками ціликів не залишають.

Подача свіжого повітря здійснюється по відкатним штрекам і ортам і по ходокам в скреперні штреки. Далі повітря рухається по штрекам до центру блоку і по коротким вертикальним виробкам опускається в вентиляційний орт, що розташований на рівні відкатного горизонту. На вентиляційний горизонт вихідний струмінь підіймається по вентиляційному підняттєвому, що розташований напроти середини блоку. Вентиляційні орти розташовують нижче горизонту вторинного дроблення, так як в середині блоку виникає значний гірський тиск, і орт, що розташований на горизонті вторинного дроблення, важко запобігти від руйнування.

Провітрюють тільки скреперні штреки, так як робочих в інших виробках немає. Всі скреперисти знаходяться на свіжому струмені повітря. Умови провітрювання нормальні.

Розмір блоків по простяганню родовища повинен бути не більш 50 м, щоб не виникав значний тиск. Не можна одночасно відробляти блоки, що розташовані поруч.

При випуску і вторинному дробленні руди необхідно дотримувати правил безпеки, що застосовуються до системи підповерхових штреків.

Втрати руди досягають 30%. Незначні втрати бувають лише в окремих випадках при відробці відокремлених блоків, що знаходяться в рудному масиві і не граничать з виробленим простором. Розубоження складає 10-20%.

Витрати лісу незначні. Продуктивність праці найбільш висока в порівнянні з усіма системами розробки, так як для руйнування руди використовують силу гірського тиску, а не буропідривні роботи. Продуктивність праці вибійників досягає 15-18 м³ за зміну.

Переваги системи: висока продуктивність праці і незначні витрати лісу.

Недоліки системи: значні втрати руди, вельми жорсткі вимоги до умов застосування і важкість підтримання виробок на горизонті вторинного дроблення.

Застосовують систему при розробці поліметалевих, бідних молібденових і мідних руд.

Система поверхового примусового обвалювання. Суттєвість полягає в тому, що спочатку відробляють компенсаційними камерами 20-30% запасі руди в блоці, а потім обвалюють запаси, що залишилися (цілики), і ведуть випуск руди під породами, що обвалилися (рис 12-16).

Рис. 12‑16 – Система поверхового обвалювання з відбійкою вертикальними свердловинами

Застосовують систему при розробці крутозалягаючих або горизонтальних покладів товщиною 2-30 м. Руда і породи повинні бути середньої тривкості або тривкими. Руда повинна бути не схильною до самозаймання, злежування, окислення, так як випуск її може продовжуватися значний час. Цінність руди повинна бути незначною, так як втрати великі. Поверхня повинна допускати зсув порід.

Опишемо систему, коли крутозалягаючий поклад відробляють з відбійкою руди свердловинами, що проводять зверху вниз.

Проводять польовий відкатний штрек 1 і орти 2. В центрі блоку на відкатному горизонті проводять вентиляційний орт 3, який підняттєвим з’єднують з вентиляційним горизонтом. З відкатних ортів до горизонту вторинного дроблення проводять рудоспуски і ходоки 5, а з них – скреперні штреки 6. З цих штреків до горизонту підсічки проводять дучки.

На 8-10 м нижче вентиляційного горизонту проводять бурові орти 7, деякі з них невеликими похилами з’єднують з вентиляційним штреком, щоб можна було доставляти бурове обладнання. Якщо руда тривка, то бурові орти можна провести на рівні вентиляційного горизонту, що дозволяє скоротити кількість виробок і створити гарні умови для транспортування бурового обладнання. В цьому випадку в якості міжповерхового цілику залишається тільки дно блоку, що залягає вище. Бурові орти проводять в ціликах і камерах.

Першим етапом очисних робіт є відробка компенсаційних камер, яка здійснюється аналогічно, як при системі підповерхових штреків. Спочатку здійснюють відрізку і підсічку камер, потім відбивають руду в камерах.

Другий етап – обвалювання ціликів. Міжкамерні цілики обвалюють свердловинами 8, що пробурені з ортів, проведених в ціликах. Міжповерхові цілики обвалюють свердловинами 9, що пробурені з ортів і зосередженими зарядами 10, які розташовані в скреперних штреках вищезалягаючого поверху. Підривання здійснюють за один прийом, причому заряди в міжповерховому цілику підривають з уповільненням в 2 сек. по відношенню до зарядів в міжкамерних ціликах. Для зменшення сейсмічного ефекту часто застосовують підривання з мілісекундним уповільненням. Загальна вага зарядів дуже велика і складає іноді декілька сотень тон. Кількість руди, що обвалюється за одне підривання змірюється сотнями тисяч тон.

Масові вибухи здійснюють за спеціально складеному проекту. Перед підриванням в блоці демонтують кабелі, труби, сходи в підняттєвих, скреперні лебідки та інше обладнання, так як все це може бути поламане повітряною хвилею. Після закінчення робіт по заряджанню і монтажу підривної мережі всіх людей виводять з шахти, відключають електроенергію і підривання здійснюють з поверхні вмиканням мережі освітлення, до якої підключені електродетонатори. Після вибуху шахту провітрюють протягом декількох змін. Потім опускаються гірничі рятівники і беруть проби повітря. Роботи починають після того, як аналіз проб повітря покаже, що атмосфера відповідає санітарним нормам. Не менш декількох змін займає монтаж убраного обладнання і ремонт виробок. Всі ці додаткові витрати і простої окупляться тим, що масовим вибухом обвалюють велику кількість руди, достатню для роботи дільниці протягом довгого часу, який змірюється місяцями.

Третій етап очисних робіт заключається в випуску руди, що обвалилася. Цей етап аналогічний випуску руди при системі поверхового само обвалювання. Порядок відробки блоків також аналогічний цій системі, тобто шахтне поле розбивають на дільниці довжиною близько 200 м і в кожній такій дільниці одночасно відробляють по одному блоку. Умови підтримання виробок на горизонті вторинного дроблення при цій системі краще, ніж при поверховому само обвалюванні з двох причин: по-перше, розміри блоків можуть бути порівняно невеликими, так як обвалювання руди здійснюється примусово – свердловинами; по-друге, застосовують систему при розробці руд більш стійких і тривких, чим при поверховому само обвалюванні.

Для провітрювання блоків свіже повітря поступає по відкатно му штреку і відкатним ортам, а по ходокам і рудоспускам підводиться до скреперних штреків, по яким рухається до центру блока. Вихідний струмінь повітря поступає в орт 3 і по підняттєвому виходить на вентиляційний горизонт.

При випуску і вторинному дробленні руди необхідно дотримувати тих правил, що при системі під поверхових штреків.

Втрати руди складають 20-30%, розубоження 10-15%. Витрати лісу незначні. Продуктивність вибійників складає 10-15 м³ за зміну.

Переваги системи: висока продуктивність праці, незначні витрати лісу, більш широка область застосування в порівнянні з системою підповерхового самообвалювання.

Недоліки системи: значні втрати руди. Поверхове обвалювання з відбійкою руди свердловинами широко застосовують при розробці потужних рудних покладів на поліметалевих, залізорудних і залізних рудниках.