» » Системы разработки с открытым очистным пространством (I класс)
15.05.2015

При системах разработки I класса очистное пространство в процессе выемки руды не закрепляют и не закладывают, а оставляют открытым и поддерживают постоянными или временными целиками руды, реже — искусственными столбами. Применяемая при некоторых системах этого класса крепь является временной или имеет вспомогательное значение.
Системы с открытым очистным пространством применяются в тех случаях, когда устойчивость руды и вмещающих пород позволяет допускать большие площади обнажения.
Такие системы разработки эффективны, разнообразны и широко применяются в практике разработки рудных месторождений. Ниже приведены наиболее интересные примеры, характеризующие техническое развитие систем I класса.
Большое распространение при разработке отечественных рудных месторождений получила система разработки камерами с подэтажной отбойкой руды из штреков или ортов (система разработки подэтажными штреками или ортами). Удельный вес ее в Криворожском железорудном бассейне около 25%; ее часто применяют и в других горнорудных районах. В зависимости от мощности рудного тела камеры вынимают по простиранию или вкрест простирания. В первом случае руду в камерах отбивают из подэтажных штреков, во втором случае — из подэтажных ортов.
Рассмотрим вариант системы с отбойкой руды из подэтажных штреков.
Данная система разработки применима при следующих основных условиях: а) при значительной устойчивости руды и вмещающих пород; б) при угле падения рудного тела не менее 45—50°; в) при мощности рудного тела от 6 до 15—20 м (при мощности более 15—20 м применяется выемка камерами вкрест простирания).
Рудное тело вынимают этажами высотой 45—60 м; на отдельных рудниках высота этажа при этой системе превышает 60 м.
Этаж разделяют на выемочные участки — блоки длиной по 50—60 м; при большой высоте этажа длина блока иногда достигает 100—120 м. Длина блока ограничивается допустимыми площадями обнажения кровли и боков камеры.
Каждый блок разделяют на камеру и целик. Ширину целика принимают не менее 6 м; толщину потолочины (подштрекового целика) — He менее 4—6 м; высоту целика над горизонтом грохочения, как и высоту надштрекового целика, — обычно не менее 5—6 м.
Очистную выемку в камере ведут в одном направлении или в двух — от середины к границам; в последнем случае производительность камеры увеличивается, а расстояние для доставки материалов в забой сокращается.
Подготовительными выработками в блоке при этой системе разработки служат этажные штреки и восстающие, проходимые в междукамерных целиках.
Нарезными выработками служат подэтажные штреки, комплекс выработок, связанных с горизонтом грохочения и с выпуском руды на откаточный горизонт, и отрезной восстающий, который проходят у одного из междукамерных целиков или в середине камеры.
К выработкам, связанным с горизонтом грохочения и с выпуском руды на откаточный горизонт, относятся: штрек горизонта грохочения, ходки в камеры грохочения, камеры грохочения, рудоспуски и воронки, образуемые при расширении верхней части рудоспусков. При мощности рудного тела до 8—10 м воронки над штреком располагают в один ряд, а при мощности рудного тела более 8—10 м — в два ряда. Каждая камера грохочения обслуживает одну или две воронки.
За последние десять лет на многих отечественных горнорудных предприятиях (Криворожский бассейн, медные и свинцово-цинковые рудники и др.) горизонт грохочения заменяют горизонтом скреперования (рис. 35). При этом значительно уменьшается число рудоспусков, а также не требуется проходка камер грохочения и связанных с ними выработок. Однако такая замена возможна при выемке руд ограниченной крепости, не требующих вторичного дробления, или при организации дробления в подземных выработках.
Системы разработки с открытым очистным пространством (I класс)

Из мероприятий по рационализации выпуска руды на горизонт скреперования следует отметить замену воронок выпускной траншеей или плоским днищем (см. рис. 35). При траншеях и плоском днище упрощается проведение выработок, связанных с выпуском руды, и облегчается выпуск руды на горизонт скреперования.
Траншейный способ подсечки в настоящее время широко применяется на ряде рудников при различных системах разработки (2-й Советский рудник комбината Сихалн, рудники Лениногорского, Зыряновского комбинатов и др.). По подсчетам инж. Именитова, затраты на 1 м3 подсечки при траншейном способе снижаются на 20—25% по сравнению с затратами при подсечке воронками.
Высота подэтажа при системе разработки подэтажными штреками или ортами колеблется в значительных пределах. Решающее влияние на ее выбор оказывает способ отбойки руды. При применении шпуров высота подэтажа обычно не более 6 м; при бурении скважин телескопными бурильными молотками (штанговое бурение) высота подэтажа достигает 10 м. При применении глубоких скважин, пробуриваемых пневмоударниками, высота подэтажа увеличивается до 20 м. Эффективность отбойки при применении скважин значительно повышается.
Очистные работы начинают с того, что камеру отрезают от целика, расширяя отрезной восстающий. Образуется так называемая отрезная щель шириной 2—3 м; отрезную щель можно проходить также и в середине камеры (при двусторонней выемке). После того, как пройдена отрезная щель и произведена подсечка блока на длину, равную диаметрам двух воронок, и образованы эти воронки, приступают к очистной выемке в подэтажах.
При системе разработки подэтажными штреками общая линия очистного забоя обычно располагается вертикально.
Для отбойки руды скважинами штангового бурения (рис. 36) толщу руды над каждым подэтажным штреком обуривают из подрезных открытых ортов. Эти орты систематически проводят из подэтажных штреков. По высоте они равны (или несколько больше) подэтажному штреку, ширина их 2,0—2,5 м. После проходки подрезного орта бурят вертикальные или наклонные скважины глубиной 6—8 м телескопными бурильными молотками с использованием свинчивающихся буров. Скважины располагают на расстоянии 3—3,5 м друг от друга и на расстоянии 1 м от контакта. Следует учитывать, что при увеличении расстояния между скважинами повышается выход крупных кусков, а следовательно, увеличиваются затраты на вторичное дробление и уменьшается производительность выпуска. После обуривания кровли подрезного орта на всю его длину скважины заряжают и взрывают.
Системы разработки с открытым очистным пространством (I класс)

Недостаток приведенного выше расположения скважин — выполнение на каждом подэтаже большого объема работ по подсечке (проведение открытых ортов). Этот недостаток отпадает при веерном расположении комплекта скважин из подэтажного штрека (рис. 37), выбуриваемых тяжелыми колонковыми бурильными молотками.
При таком способе веерообразно расположенные скважины глубиной 5—12 м бурят колонковыми бурильными молотками весом 70—80 кг, установленными на распорных вертикальных колонках. Буровой инструмент состоит из комплекта штанг, свинчивающихся муфтами с винтовой нарезкой, и буровых коронок. Буровые коронки армированы твердым сплавом и имеют диаметр 82—85 мм. При бурении скважины промывают водой.
Системы разработки с открытым очистным пространством (I класс)

Оба эти способа разбуривания подэтажей скважинами впервые были применены на шахтах одного из передовых горнорудных бассейнов страны — Криворожского. Внедрению производительных способов отбойки руды способствовали рационализаторские предложения, внесенные и реализованные ранее бурильщиками — новаторами производства тт. Семиволосом и Янкиным.
До замечательного начинания этих бурильщиков на всех рудниках и шахтах России (на подготовительных и очистных работах) работали главным образом комплексные бригады с частичным разделением или без разделения труда. При такой организации основная работа бурильщика занимала 50—60% рабочего времени, а остальная часть рабочего времени затрачивалась на вспомогательные операции и непроизводительные работы.
Бурильщик Кривбасса т. Семиволос четко разделил труд в бригаде и освободил бурильщика от всех посторонних работ, максимально уплотнив его рабочий день и закрепив за ним большее число забоев. Т. Семиволос стал обуривать за смену до 22 забоев и довел чистое время бурения до 85%, а время полезной работы — до 95,6%.
Бурильщик треста Красноуралмедьруда т. Янкин развил идею Семиволоса, объединив многозабойное бурение с работой одновременно на нескольких бурильных молотках.
Позднее другие новаторы Криворожского бассейна предложили дополнительные рационализаторские мероприятия, направленные на увеличение эффективности рассматриваемой системы. К таким мероприятиям следует отнести бурение скважин тяжелыми колонковыми бурильными молотками непосредственно из подэтажных штреков, без проведения заходок. Это предложение было внесено и реализовано в 1948 г. знатным бурильщиком Криворожского бассейна Зиньковым.
Отбойка руды в подэтажах по методу Зинькова более безопасна.
Дальнейшее усовершенствование отбойки руды в подэтажах при системе подэтажных штреков Кривбасса было достигнуто при одновременном использовании метода работы Зинькова и метода Митрофанова (метода многомолоткового обуривания забоев), что позволило увеличить производительность труда бурильщика до 250—400 г в смену и довести выход руды с 1 пог. м скважины до 25—40 т. При старом же методе отбойки из открытых заходок средняя производительность труда бурильщика составляла 70—140 т в смену, а средний выход руды с 1 пог. м бурения — 15—20 т.
За последние годы рабочие новаторы и инженерно-технические работники горнорудной промышленности предложили увеличить высоту подэтажа до 15—20 м (бурение скважин пневмоударниками). Были также внесены и реализованы предложения о переходе на этажную отбойку руды. Отбойка высокими подэтажами и этажная отбойка руды в настоящее время успешно применяется на ряде железных и медных рудников России (Левихинский и Дегтярский медный рудники, Бысокогорский железный и др.).
Отбитая в подэтажах руда падает в приемные воронки или траншеи, из которых выпускается на горизонт грохочения или скреперования. Крупные куски руды на горизонте грохочения дробятся с помощью взрывчатых веществ или отбойными молотками на специальных грохотах, изготовляемых из рельсов, металлических балок больших номеров или труб с деревянными сердечниками. При дроблении могут также применяться специальные механические устройства (бутобои).
Дробленую руду в кусках размером до 300—500 мм (чаще 300 мм) выпускают на откаточный горизонт в вагонетки и направляют к стволу шахты. При применении горизонта скреперования руда скрепером доставляется до рудоспуска, из которого выпускается на откаточный горизонт. При выпуске крупнокусковой руды ее направляют в большегрузных вагонах к подземной дробилке.
Выемка междукамерных и междуэтажных целиков при системе разработки подэтажными штреками производится с применением систем слоевого или подэтажного обрушения с предварительной закладкой отработанных камер пустой породой или при незаполненных камерах. Первый способ выемки применяется при весьма ценной руде, так как он позволяет вынимать целики с малыми потерями и разубоживанием руды Вторым способом пользуются при выемке руд незначительной ценности
Закладка камер производится самотеком через специальные выработки, заранее пройденные в потолочине. Выемке целиков при незаполненных Камерах предшествует обрушение руды потолочин и выпуск обрушенной руды потолочины. Затем вынимают междукамерные целики (при камерах, заполненных обрушившейся пустой породой), днище и целик над откаточным горизонтом.
Потолочину взрывают, используя скважины штангового бурения, глубокие скважины или концентрированные, заряды. Более производительно взрывание глубоких скважин, поэтому оно чаще применяется. Подземная отбойка руды с использованием глубоких скважин — одно из последних технических достижений отечественной горнорудной промышленности.
Впервые в мировой практике отбойка руды глубокими скважинами была применена в России на шахте Первомайской (Криворожский бассейн) в 1935 г. В настоящее время она широко распространена на ряде рудников различных отраслей горнорудной промышленности при отбойке руды в камерах, блоках и целиках.
Система разработки с камерно-столбовой выемкой руды (рис. 38) успешно применяется при равномерном оруденении и выемке горизонтальных или полого залегающих рудных тел с устойчивыми вмещающими породами при различной мощности рудных тел. При применении этой системы рудное тело обычно разделяют на панели, панели — на камеры и целики (столбы). Чаще всего этой системой пользуются при выемке рудных тел мощностью от 3—5 до 10 л. При большой мощности рудного тела оставленные междукамерные целики (столбы) дополнительно не вынимают; при ограниченной мощности оставленные столбы вынимают частично, строго выполняя меры предосторожности. Вследствие значительных потерь полезного ископаемого в постоянных столбах (10—15%) камерно-столбовые системы применяют при разработке месторождений с рудами незначительной ценности. При высокоценных рудах оставленные целики вынимают после закладки камер, но в этом случае система получает другое конструктивное оформление.
Системы разработки с открытым очистным пространством (I класс)

Камерно-столбовые системы часто применяются при разработке медных, cвинцoвo-цинкoвыx и других месторождений; например, при разработке Джезказганского медного и Миргалимсайского свинцового месторождений используются различные варианты этой системы.
Медная руда Джезказганского месторождения представлена устойчивыми оруденелыми песчаниками, вмещающие породы — устойчивыми песчаниками. Коэффициент крепости руды и вмещающих пород по шкале проф. М.М. Протодьяконова равен 8—12. Руду в камерах вынимают почвоуступным забоем, оставляя постоянные столбы, расположенные по прямоугольной сетке. Участок подготовляют для выемки, проводя панельные выработки и рудоспуски в подстилающих пустых породах и вентиляционные выработки в кровле рудного тела. Часто меняющиеся отметки почвы линзы в условиях разработки данного месторождения не позволяют вести рудную подготовку с укладкой рельсов в штреке с допустимыми уклонами и подъемами (при выдержанной почве рудного тела рудная подготовка была бы более эффективной).
Расстояние между параллельными выработками держат 100 м (скреперование в две стороны с максимальным расстоянием доставки до 50 м). Из панельных выработок через каждые 20 м напротив камеры проходят до почвы рудного тела рудоспуски с лестничным и грузовым отделениями. Из рудоспусков рассекают небольшие камеры для установки скреперных лебедок. Для сообщения между очистными камерами проходят рудный штрек. Чтобы осуществить вентиляцию, в кровле рудного тела проходят вентиляционные выработки, сообщающиеся с вентиляционным стволом шахты.
Выемку камеры начинают с проходки отрезной щели потолкоуступным забоем, затем у кровли камеры засекают передовой уступ, после чего ведут нормальную почвоуступную выемку камеры. Камеру отрабатывают в направлении от рудных штреков к середине. Столбы располагают на границе камеры правильными рядами; диаметр столбов 5—6 м, расстояние между столбами по линии, параллельной оси камеры, до 15 м, ширина камеры 20 м, высота уступов 2,4 м. Оставшуюся на уступах отбитую руду сгребают на почву камеры и скреперуют в рудоспуски.
Описанный выше вариант системы в довоенные годы был основным на Джезказганских медных рудниках. Этому варианту присущ ряд существенных недостатков; ограниченный фронт очистных работ в камере, трудность совмещения уборки и бурения и разбрасывание руды по всей ширине камеры. Новаторами горной техники тт. Харламовым, Мусиным, Семевским, Миняевым и другими в послевоенные годы были предложены более эффективные варианты камерно-столбовой системы, кратко описанные ниже.
1. Вариант системы с выемкой руды в камере поперечным потолкоуступным забоем (предложение Семевского В.H.). При этом варианте могут быть успешно использованы телескопные бурильные молотки, совмещено бурение шпуров со скреперной доставкой руды, обеспечен широкий фронт работ для скреперной установки. Удельный вес этого варианта при разработке Джезказганского месторождения в настоящее время составляет около 20%.
2. Вариант системы с центральной разрезной траншеей по оси камеры и выемкой руды продольным почвоуступным забоем был предложен группой работников медных рудников в 1949 г. (предложение тт. Харламова и Мусина) (рис. 39). Удельный вес этого варианта на Джезказганских рудниках в настоящее время составляет около 20%. Этот вариант системы обеспечивает более высокую производительность труда забойного рабочего и производительность камеры в единицу рабочего времени (большой фронт работ в камере).
Системы разработки с открытым очистным пространством (I класс)

Перед разработкой по этой системе проходят подсечную выработку вдоль длинной оси камеры. Очистные работы включают потолкоуступную выемку руды при образовании разрезной траншеи по длинной оси камеры и последующую продольную почвоуступную выемку запасов камеры по обеим сторонам траншеи. Руду отбивают горизонтальными шпурами в потолкоуступных забоях и вертикальными нисходящими шпурами — в почвоуступных.
Отбитую в почвоуступных забоях руду вместе с рудой, замагазинированной в разрезной траншее, доставляют скреперами в рудоспуски, из которых грузят в вагонетки и откатывают к стволу шахты.
Суточная производительность камеры и производительность труда забойного рабочего при данном варианте были значительно увеличены по сравнению с производительностью при обычной камерно-столбовой системе без разрезной траншеи с поперечной почвоуступной выемкой.
3. Вариант системы с отбойкой руды глубокими скважинами (рис. 40). При данном варианте очистные работы ведут в две стадии: первая — подсечка камеры под кровлей (при мощности залежи более 10 M делается также нижняя подсечка), вторая — собственно очистные работы: отбойка глубокими скважинами, пробуренными пневмоударниками из верхней подсечки. Этот вариант освоен в последние годы, удельный вес его составляет в настоящее время около 10%.
Системы разработки с открытым очистным пространством (I класс)

Технико-экономические показатели этого варианта при мощности залежи более 8 м выше показателей других вариантов (трудоемкость подготовительно-нарезных и очистных работ по сравнению с трудоемкостью шпуровой отбойки ниже на 15—25 %). При переходе на отбойку кусков размером до 700—800 мм с использованием подземных дробилок, применении мощных погрузочных машин (экскаваторов), автосамосвалов с возможными большими уклонами путей, применении болтовой (штанговой) крепи кровли камер эффективность этого варианта может быть значительно повышена, особенно при переходе на рудную подготовку.
Камерно-столбовая система с применением экскаваторов и автосамосвалов или самоходных вагонеток успешно применяется на шведских, американских и французских рудниках. Производительность одного подземного рабочего на шведском руднике Лайсвал составляет 16 т/смену.
Гипроцветметом в 1956 г. составлен новый проект камерно-столбовой системы с выемкой руды камерами по простиранию с применением экскаваторов и самоходных вагонеток. Этот проект будет реализован в ближайшие годы при разработке Джезказганского и Миргалимсайского месторождений. Широкие опытные работы по выемке руды с применением самоходного оборудования, проведенные ИГД АН Казахстана, показали возможность значительного повышения эффективности камерно-столбовой системы при разработке Джезказганского месторождения. Практика передовых зарубежных стран показывает, что при переходе на самоходное буровое, погрузочное и транспортное оборудование производительность забойного рабочего может быть увеличена более чем вдвое.