Схема вскрытия и подготовки месторождения.

На выбор способа вскрытия и места расположения главных вскрывающих выработок, помимо рельефа местности, элементов залегания и ряда других факторов большое влияние оказывает сдвижение вмещающих пород вследствие выемки полезного ископаемого.

Вмещающие рудный массив горные породы после выемки по­лезного ископаемого начинают сдвигаться и обрушаться в обра­зовавшиеся пустоты. Обрушение и сдвижение пород развиваются постепенно и при определенных условиях могут достигать по­верхности. Глубина разработки, при которой сдвижение пород не достигает поверхности, зависит от отношения глубины залега­ния рудного тела к его мощности, которое должно составлять не менее 200.

В противном случае на поверхности образуется оконтуренная границами сдвижения пород впадина, которую называют зоной сдвижения. Внутри зоны сдвижения выделяют зону обрушения,которая характеризуется образованием трещин и более интенсивным опусканием пород.

Углы наклона поверхностей сдвижения δ или обрушения δ′ называют углами сдвижения и обрушения пород. На их величину влияют физико-механические свойства и водоносность пород, глубина разработки, угол падения месторождения. Они изме­няются от 30–40° при неблагоприятных условиях (в наносах) до 70–80° в устойчивых (коренных) породах. Вскрывающие выработки для их сохранности располагают за пределами зоны сдвижения.

Из-за возможного уменьшения углов сдвижения поверхност­ные сооружения и вскрывающие выработки необходимо распола­гать на расстоянии 30–60 м от границы зоны сдвижения.

При вскрытии месторождения вертикальным стволомв поле ш. «Октябрьская» его расположили за пределами зоны сдвижения в лежачем боку залежи. От ствола до рудного тела на каждом этаже проводят квершлаги, а из них — поле­вые штреки до вентиляционных шахтных стволов, расположенных на флангах шахтного поля также за пределами зоны сдвижения.

С увеличением глубины разработки рудных месторождений объёмы и стоимости горнокапитальных выработок на горизонтах непрерывно возрастают, что обусловлено усложнением условий вентиляции, водоотлива, а также увеличением протяжённости квершлагов, особенно на рудниках с пологим падением залежей, к которым относится и ш. «Октябрьская». Всё это указывает на необходимость изыскания путей сокращения затрат на вскрытие новых горизонтов.

Одним из возможных резервов снижения горнокапитальных затрат является уменьшение объёмов околоствольных выработок. На некоторых отечественных и зарубежных рудниках дробильно-бункерные комплексы и водоотливные сооружения размещают через несколько этажей. При этом руду и воду на основной горизонт перепускают по специальным рудоперепускным и водоперепускным восстающим.

Учитывая положительный опыт работы отечественных и зарубежных предприятий по эксплуатации бункерного и водоотливного хозяйства, рассчитанного на отработку нескольких горизонтов, руководством шахты было принято решение строительства водоотлива и подземного бункера шахты «Заря» на гор. 1265 м из расчета обслуживания трёх этажей с общей высотой 225 м.

Снижение горнокапитальных затрат можно также осуществить за счёт полного или частичного исключения квершлагов на промежуточных горизонтах, путём применения в определённых условиях схем группового вскрытия горизонтов с перепуском руды у залежи.

Для условий ш. «Октябрьская» определение оптимального количества горизонтов для отработки рассматриваемого участка месторождения является сложной многовариантной и многофункциональной задачей. Для её решения должен быть учтён большой комплекс горногеологических и горнотехнических факторов.

В 1968 г. Криворожским НИГРИ были выполнены исследования по выбору оптимальных схем вскрытия глубоких горизонтов для шахт Кривбасса методом экономико-математического моделирования с использованием ЭВМ.

В качестве критерия оптимальности для оценки схем группового вскрытия горизонтов был принят минимум приведенных затрат.

Проведенные исследования показывают, что из всех рассмотренных факторов решающими для выбора оптимального числа одновременно вскрываемых горизонтов являются этажная рудонасыщенность и годовая производительность шахты.

Для наиболее характерных условий Кривбасса, где сроки отработки горизонта составляют — 3–4 года, оптимальным является одновременное вскрытие 2–3 горизонтов.

Таким образом руководством шахты было принято решение о целесообразности применения строенного вскрытия горизонтов с перепуском руды возле рудоподъёмного ствола, которое даёт наибольший экономический эффект по сравнению с другими схемами вскрытия горизонтов, в том числе и со схемой, предусматривающей перепуск руды у залежей.

Такая схема вскрытия предполагает применение на всех горизонтах электровозного транспорта, в связи с чем вопрос о применении самоходных вагонов для откатки руды на промежуточном горизонте отпадает.

От стволов шахт «Октябрьская» и «Заря» на эксплуатируемом гор. 1190 м пройден однопутевой квершлаг (чертёж поперечного сечения см. рис. 11). Подготовка залежи к очистной выемке осуществляется однопутевым полевым откаточным штреком и тупиковыми откаточными ортами, расстояние между которыми принято 50 м.

Схема вскрытия показана на рис. 12.

	Рис. 11. Чертёж поперечного сечения главного квершлага на гор. 1190 м М 1:50

13. Отбойка руды.

Под отбойкой понимается отделение части руды от массива с одновременным дроблением её на куски.

Скважи­нами обычно отбивают руду послойно, располагая их вее­рами или рядами, параллель­ными поверхности массива, на которую производится отбойка (рис. 13; 14). Эта поверх­ность может граничить как со значительным свободным про­странством, достаточным для увеличения объёма взорван­ной руды в 1,3–1,5 раза (от­бойка на свободное простран­ство), так и с раздробленной на куски горной массой (от­бойка в зажиме).

Обычно применяют много­рядное (по 2–5 рядов или вееров) короткозамедленное (15–50 мс) взрывание скважин. Замедление в большинстве случаев производят по рядам (ве­ерам), начиная с крайнего ряда, а иногда замедляют взрыва­ние скважин и внутри ряда — в шахматном порядке (рис. 15).

Расположение скважин в блоке (рис. 16). По углу на­клона можно выделить отбойку слоями: вертикальными (круто­наклонными) и горизонтальными (слабонаклонными).

При вертикальных слоях разбуривают блок с одного или двух-трех ярусов, тогда как при горизонтальных слоях необхо­димо гораздо большее число ярусов.

Первоначально обе эти схемы имели одинаковое распро­странение, в последующем предпочтение получила отбойка вер­тикальными (или крутонаклонными) слоями, так как малое число ярусов бурения резко облегчает доставку станков, их эксплуатацию и улавливание бурового шлама в буровых выра­ботках.

При вертикальных и крутонаклонных слоях различают этажную скважинную отбойку и под-этажную (см. рис. 16). В первом случае отбивают всю руду в камере или блоке из вы­работок, пройденных на уровнях только верхней и нижней его границ; во втором случае буровые выработки имеются также на промежуточных уров­нях (подэтажах).

Соблюдать с достаточ­ной точностью проектное расположение скважин проще всего при верти­кальном положении отби­ваемых слоёв. Однако иногда целесообразно на­клонять слои под углом 45–80°. Выбор угла на­клона слоёв может зави­сеть, в частности от слоис­тости руды, если она явно выражена, а также от угла падения залежи. При большом расстоянии между плоскос-

тями ослабления целесообразно располагать скважины перпендикулярно к плоскости основной системы трещин, с тем чтобы исключить отделение взры­вом крупных частей мас­сива и уменьшить утечку газов взрыва по трещинам. При мелкослоистой руде (при относительно малом расстоянии между плоскостями трещин), наоборот, целесообразно бурить скважины параллельно плоскостям преобладающей трещиноватости; это позволяет отделять большие объёмы руды каждой скважиной при удовлет­ворительном дроблении.

Угол падения залежи имеет значение преимущественно при этажной отбойке в крутых залежах средней мощности с углом падения 30–70°. Здесь лишь при наклоне слоёв по падению залежи можно отбить по основной схеме весь или почти весь запас блока.

При обычных типах ВВ наибольшее число отказов при взрывании имеет место в обводненных скважинах. Поэтому стараются располагать скважины так, чтобы бурить их снизу вверх, а скважины нисходящие пробуривать до подсечного пространства.

Расположение скважин в отбиваемом слое. Различают ве­ерное расположение скважин и параллельное (см. рис. 14). При параллельном полнее используется длина всех скважин, так как отсутствуют сближенные участки; заряды ВВ равномер­нее распределяются в массиве; меньше расход скважин. Досто­инство веерного расположения — меньший объём буровых вы­работок, так как с каждого места бурят несколько скважин (а не одну, как при параллельном расположении).

Более распространено веерное расположение, причем срав­нительная (а не только абсолютная) эффективность его повы­шается с ростом производительности бурения. Веерное распо­ложение скважин диаметром 100–150 мм выгоднее параллель­ного при скорости бурения не менее 10 м/смену.

Скважины в веере обычно направлены вверх, реже практи­куется бурение «нижних» и «круговых» вееров.

Параллельное расположение скважин может быть рекомен­довано главным образом при бурении из очистного простран­ства. Оно было бы рациональным при бурении диаметром 200–250 мм и более, так как это позволяет разместить все бу­ровые выработки на одном уровне, оставив между ними целики достаточного размера по условию прочности.

Расстояние между скважинами в ряду или в веере прини­мается в определенном соотношении с ЛНС. При параллель­ном расположении скважин это соотношение (как и при шпуро­вой отбойке) называют коэффициентом сближения скважин т = а/W, где а – расстояние между скважинами в ряду; W – ЛНС.

Расстояние между скважинами в веере регламентируется ве­личиной а_max — расстоянием между концом данной скважины и ближайшей более длинной скважиной (см. рис. 13).

Учитывая, что в основной части веера расстояние между скважинами меньше указанной величины, за соизмеримый с параллельным расположением скважин параметр веера можно принять а =0,8· а_тах.

При мгновенном взрывании зарядов в ряду (веере) коэф­фициент сближения скважин во избежание пробоя по плоскости их расположения увеличивают в 1,6–2, иногда в 3–4 раза, а при взрывании поочередном или в шахматном порядке — в 1,0–1,2 раза (квадратная сетка).

При расстоянии между скважинами в ряду меньше ЛНС (m <1) возможен преждевременный прорыв газообразных про­дуктов взрыва между скважинами.

При наличии господствующей системы трещин коэффициент сближения скважин увеличивают в случае расположения сква­жин параллельно основным трещинам и, наоборот, уменьшают при перпендикулярном расположении.

Пучковое расположение скважин. Это означает, что из од­ного места пробурено несколько вееров скважин в плоскостях с различными углами наклона (см. рис. 14). Пучковое рас­положение применяют в основном лишь для посадки потоло­чины и разрушения целиков. Взрывают скважины в пучке од­новременно или с короткими замедлениями по веерам.

На ш. «Октябрьская» преимущественно используется веерное расположение скважин с вертикальным расположением вееров относительно линии горизонта. Зарядка глубоких скважин производится зарядной машиной МТЗ-3 (ГР-2059-1).

Рис. 16. Скважинная отбойка: а – подэтажная вертикальными слоями, веерное расположение скважин (1 – буровые выработки; 2 – выработки для выпуска руды; 3 – выработки для доставки руды; 4 – отрезная щель; 5 – траншея). Штрихпунктиром показаны намечаемые контуры отбойки, включая промежуточные; б – горизонтальными слоями (параллельное расположение скважин в плане); в – горизонтальными слоями (веерное расположение скважин в плане); 6 – верхняя граница подсечки

14. Выпуск обрушенной руды.

При донном выпуске отбитая руда по очистному пространству самотеком поступает в рудоприемные траншеи или воронки, образованные в основании блока, из них в выпускные выра­ботки, и далее — либо в выработки для механизированной до­ставки руды, либо (реже) в люки для погрузки вагонов элект­ровозной откатки.

Рудоприемные траншеи появились намного позднее воронок. Одна траншея заменяет один или два продольных ряда воро­нок. Имеются различные варианты траншей. Тран­шеи в поперечном сечении имеют форму опрокинутой трапеции, прямоугольника или прямоугольника с лежащей на нем опро­кинутой траншеей. К основанию траншеи пройдены выпускные выработки; при устойчивой руде они могут иметь увеличенный (до 3–4 м и более) размер по длине траншеи.

Траншеями вынимают нижнюю часть камер или блоков, под­сечку осуществляют одновременно с погашением вышележа­щего запаса или с опережением в виде траншеи (поэтому при­менение траншей называют траншейной подсечкой).

В крутых залежах при наклонном основании блока почва траншеи может быть расположена на уровне горизонта меха­низированной доставки или транспорта руды; выпускают руду из траншеи через горизонтальные сбойки — ниши.

Образование траншеи. Обычно в основании будущей тран­шеи проводят траншейный орт или штрек (рис. 17). Из него пробуривают вертикальные вееры скважин и затем взрывают их последовательно на отрезную щель, в результате чего по длине орта постепенно образуется траншея высотой 5–12 м.

Целесообразно совмещать образование траншеи с очистной выемкой.

Под целиками образовывают траншеи редко и только при устойчивой руде: часть целика по длине должна быть подсечена траншеей заблаговременно вертикальными веерами сква­жин.

Иногда образовывают из одного орта (штрека) две траншеи веерами скважин, пробуренных горизонтально и сверху вниз (см. рис. 17). Этот вариант применяют при последующем само­обрушении подсеченной руды; через торец орта наблюдают за ходом самообрушения.

Достоинства траншей по сравнению с воронками: руду в траншеях отбивают скважинами, при этом производитель­ность примерно такая же, как и при очистной выемке, исклю­чаются трудоёмкие работы по проходке узких вертикальных выработок, требуемых для разделки воронок; исключается от­дельная стадия подсечки; снижается запас руды в трудно из­влекаемом целике основания блока. Однако при малой мощ­ности залежей, недостаточной для отбойки скважинами, тран­шеи должны оформляться шпуровым методом, что лишает их главных преимуществ. При недостаточно устойчивой руде применение траншей ослабляет целик над выработками для до­ставки руды. Поэтому траншеи применяют преимущественно в залежах мощных и средней мощности с устойчивыми рудами.

Рудоприёмные воронки целесообразно применять главным образом в условиях, неблагоприятных для траншей, т. е. при малой мощности залежей или неустойчивых рудах и под це­ликами.

Форма воронок ясна из их названия. Угол наклона откосов воронки обычно 50–60°.

Образуют воронки шпурами или штанговыми скважинами (рис. 18). Шпуровой метод применяют в маломощных зале­жах и, иногда, при очень крепкой руде; обычно проходят вер­тикальную выработку, а затем расширяют ее шпурами до про­ектных контуров воронки. При пониженной устойчивости руды в последнюю очередь взрывают шпуры опережающего забоя восстающего и штанговые скважины, пробуренные вокруг него. В большинстве случаев про изводят над воронками низкую (высотой 2–3 м) подсечку на всей площади очистных камер, а если руда достаточно устойчива, то и на части площади под целиками.

Штанговыми скважинами образуют воронки в мощных и средней мощности залежах. Проходят короткий восстающий, пробуривают из него один-два кольцевых комплекта крутона­клонных восходящих штанговых скважин, взрывом зарядов ко­торых и образуют воронку.

Особенности образования воронок под целиками. Предвари­тельно, т. е. перед разрушением целика, разделывают воронки на максимально возможной площади (по условию устойчи­вости целика). Но основную часть, а иногда и все воронки при­ходится образовывать одновременно с обрушением целика. Для этого проходят заблаговременно короткие восстающие и из них пробуривают один-два кольцевых комплекта штанговых сква­жин или шпуров. Их взрывают вместе со скважинами в цели­ках, в первую очередь — внутреннее кольцо скважин, с замед­лением — внешнее кольцо, а затем с еще большим замедле­нием — скважины в целиках.

Ширина траншей и воронок принимается из следующих со­ображений. Уменьшение её снижает запас руды в межтраншей­ных (межвороночных) гребнях, из которого 50–70% теряется; сокращаются потери отбитой руды на гребнях при выпуске под налегающими обрушенными породами; при магазинировании руды облегчается ликвидация сводов зависания и равно­мернее опускается поверхность магазина.

Ограничительными факторами уменьшения ширины тран­шей (воронок) являются, во-первых, минимально допустимая толщина межтраншейных (межвороночных) целиков по условию прочности, с учетом нарушения их взрывами для ликвидации заторов руды при выпуске; во-вторых, минимальное расстояние между выпускными отверстиями по условию размещения обо­рудования, работающего на выпуске руды, т. е. питателей или самоходных машин (при скреперной доставке это ограничение не играет роли).

С учетом этих ограничений ширина траншей или воронок на ш. «Октябрьская» принимается:

§ при выпуске руды вибропитателями — обычно около 10 м, иногда 15–18 м;

§ при скреперной доставке — обычно 5–8 м.

Меньшие значения здесь относятся главным образом к ме­нее крепким и устойчивым рудам, в которых требуется надеж­ное крепление доставочных, а иногда и выпускных выработок при любой ширине воронок.

Выпускные выработки, т. е. выработки для перепуска руды из воронок или траншей в выработки доставки, часто называют дучками. Обычно их не крепят. Выпускные выработки обычно квадратного или круглого се­чения размером 2,25 м². При устойчивой руде, скреперной доставке и траншейной подсечке можно увеличивать ширину выпускных выработок (по длине скреперного штрека) до 3–3,5 м, что снижает число зарядов.