» » Системы разработки с обрушением руды и вмещающих пород (VII класс)
15.05.2015

При системах с обрушением руды и вмещающих пород только для отбойки части руды (первая стадия очистной выемки) требуется значительный объем буровзрывных работ; большее же количество руды (вторая стадия очистной выемки) добывается при ограниченном объеме буровзрывных работ на единицу объема обрушаемой руды или без буровзрывных работ. В последнем случае руда обрушается и перемещается под действием собственного веса и веса налегающих пород (система этажного обрушения с самообрушением руды и вмещающих пород).
Системы разработки с обрушением руды и вмещающих пород широко применяют в практике разработки рудных месторождений. Эти системы обычно применяют как самостоятельные при выемке отдельных рудных тел или как вспомогательные при выемке целиков и потолочин, оставленных при других системах разработки.
Послевоенная практика разработки рудных месторождений в России показала высокую эффективность систем с массовым обрушением. Этот способ был осуществлен в первую очередь на многих железорудных шахтах Кривбасса. В настоящее время на шахтах Кривбасса основное количество руды добывают системами с массовым обрушением руды и вмещающих пород, получая при этом высокие технико-экономические показатели.
Июньский Пленум ЦК КПСС 1959 г. принял решение о необходимости наряду с другими мероприятиями значительно увеличить добычу руд системами с массовым обрушением. Внедрение систем с обрушением руды и вмещающих пород при соответствующих условиях разработки — одно из важнейших мероприятий по внедрению новой техники на горнорудных предприятиях России.
Общие условия применения систем разработки с обрушением руды и вмещающих пород следующие: 1) неустойчивые, легко обрушающиеся вмещающие породы; 2) возможность обрушения поверхности и вмещающих пород; 3) сравнительно невысокая ценность руды (системы с обрушением руды и вмещающих пород характеризуются высокими потерями и разубоживанием руды); 4) отсутствие включений пустых пород и различных сортов руд (подземная сортировка и разделение руды по сортам при системах с обрушением руды и вмещающих пород невозможны).
К рассматриваемому классу систем разработки относятся следующие системы:
1) с разделением этажа на подэтажи (системы подэтажного обрушения) с применением лесной подушки (мата) и без нее;
2) системы этажного обрушения с самообрушением руды в блоке и с принудительным обрушением руды в блоке с горизонтальной или вертикальной подсечкой блока.
Системы разработки с обрушением руды и вмещающих пород (VII класс)

Системы подэтажного обрушения

Системы разработки подэтажного обрушения с применением лесной подушки (мата) имеют весьма ограниченное применение и поэтому нами не рассматриваются. Из вариантов систем подэтажного обрушения без применения лесной подушки (мата) за последние годы более часто применяются варианты «закрытый веер» и с отбойкой руды глубокими горизонтальными скважинами. При системах подэтажного обрушения этаж высотой 60—80 м делят на блоки размером по линии вкрест простирания по всей мощности и 40—60 м по линии простирания. Блок вынимают подэтажами высотой от 10—12 м («закрытый веер») до 20—30 м (отбойка глубокими скважинами). Каждый подэтаж разделяют на панели, вынимаемые в определенном порядке (рис. 48). При одной выработке скреперования ширина панели принимается равной 8—10 м, при двух выработках скреперования — до 16—20 ж (при отбойке глубокими скважинами). Ниже сообщаются краткие сведения о часто применяемых вариантах системы подэтажного обрушения.
Вариант системы подэтажного обрушения с отбойкой руды веерообразными комплектами глубоких шпуров или скважин — «закрытый веер» (рис. 49) широко применяется на шахтах Криворожского бассейна. Основное отличие варианта — в порядке и способе отбойки руды.
Системы разработки с обрушением руды и вмещающих пород (VII класс)

Нарезными выработками панели являются панельная заходка и дучки и так называемая подрезная камера длиной 6 м, шириной 3 м и высотой 2 м. Дучки располагают по обе стороны панельной заходки через 4 м (длина вынимаемой секции). Для отбойки руды из подрезной камеры бурят веерообразно скважины телескопным молотком в три ряда глубиной по 5—6 м. Отбитую руду выпускают в панельную заходку и по ней доставляют к перепускной дучке или к восстающему. Руду можно вынимать одновременно в нескольких панелях с опережением вынимаемой панели по отношению к соседней на две-три секций. При более устойчивой руде панель вынимают секциями большей длины на три пары дучек.
Достоинства варианта системы — высокая производительность, труда забойного рабочего, особенно бурильщика, малый расход материалов, удобные и безопасные условия работы бурильщика.
Недостатки варианта — высокие потери и разубоживание руды, большой объем подготовительных и нарезных работ.
Вариант системы подэтажного обрушения с отбойкой руды глубокими скважинами является по существу новой системой разработки. Внедрению этой системы на рудниках Криворожского бассейна способствовали предложения новаторов производства и проведенные исследования.
Проф. докт. техн. наук Г.М. Малахов на основе обширных научных исследований, подкрепленных данными практики, подтвердил положение, выдвинутое инж. С.И. Минаевым о том, что истечение обрушенной руды происходит из объемов, имеющих форму эллипсоидов вращения, и предложил формулы для расчета возможного извлечения руды при выпуске под обрушенными породами в зависимости от основных конструктивных элементов систем разработки, а также определил целесообразные размеры конструктивных элементов систем с обрушением.
Исследования выпуска руды из обрушенных блоков проводились в России и другими научными работниками, которые внесли ряд предложений по увеличению эффективности выпуска руды. Ценные предложения по выпуску и обрушению руды были сделаны инженерами-новаторами Криворожского бассейна.
Предложения новаторов и теоретические основы выпуска обрушенной руды, установленные советскими специалистами, имеют большое практическое значение при конструировании новых систем с обрушением и организации массового выпуска обрушенной руды.
Система разработки подэтажного обрушения глубокими скважинами широко используется на рудниках Криворожского бассейна. Есть основания полагать, что рассматриваемая система, как и система этажного обрушения, будет основной на железных рудниках России.
При системе подэтажного обрушения с отбойкой руды глубокими скважинами выемка руды в этаже производится блоками, как и при всех системах подэтажного обрушения. Подготовительными выработками в блоке служат откаточные выработки (штрек, орт), полевой восстающий и подэтажные орты.
Каждый подэтаж высотой 15—30 м вынимают отдельными панелями по направлению от висячего бока к лежачему. Панели нарезают длиной до 25 м; при малой устойчивости руды размеры панелей могут быть уменьшены. До проведения отбойки руды в каждой панели проходят нарезные выработки (рис. 50); две панельные заходки, два коротких восстающих с камерами для бурения глубоких скважин, короткие рудоспуски с приемными воронками и подсечную выработку. Подсечку производят с учетом компенсации дополнительного объема руды при разрыхлении (при одновременном взрывании всех слоев подэтажа). Высоту целика над панельными заходками и расстояние между рудсоспускными дучками обычно принимают по 4 м.
Системы разработки с обрушением руды и вмещающих пород (VII класс)

Одновременно с подсечкой панели бурят глубокие скважины из буровых камер; скважины располагают веерообразно. Глубокие скважины в каждом из слоев имеют различное направление. Число глубоких скважин в слое десять — двенадцать, бурят их диаметром 85—100 мм и глубиной от 10 до 25 м. Средняя производительность бурового станка в условиях Криворожского бассейна 10—15 м в смену. Общая длина глубоких скважин в слое достигает 200—250 м. Выход руды на 1 пог. м скважин в условиях Криворожского бассейна составляет 20—40 т.
Глубокие скважины заряжают специальными патронами взрывчатого вещества диаметром 75 мм, длиной до 500 мм. Одновременное взрывание глубоких скважин во всех слоях панели производится детонирующим шнуром.
Расход взрывчатых веществ на 1 г отбитой руды 200—300 г. Отбитую руду выпускают в панельные заходки и по ним доставляют скрепером до рудоспускных дучек. Из рудоспускных дучек руда поступает в аккумулирующий орт или непосредственно на откаточный горизонт.
Достоинствами рассматриваемого варианта являются: высокая производительность труда, высокая интенсивность выемки, малый расход материалов. Потери и разубоживание руды при рассматриваемом варианте могут быть уменьшены при правильно принятых конструктивных элементах системы.
Минимальные потери и разубоживание руды в условиях разработки месторождений Криворожского бассейна могут быть при следующих конструктивных элементах подэтажного обрушения глубокими скважинами: высота подэтажа до 30 м, ширина панели 0,7 высоты подэтажа при одной поверхности контакта и 1,2 высоты при двух поверхностях контакта панели с обрушенными пустыми породами, расстояние между рудоспусками (дучками) 4—4,5 м, диаметр рудоспуска (дучки) 1,5—1,8 м.
Системы этажного обрушения

При системе этажного обрушения с самообрушением руды (рис. 51) этаж высотой от 50 до 100 м вынимают отдельными блоками размером от 30х30 до 90х90 м. Подготовка блока к обрушению заключается в проведении на горизонтах откатки, грохочения (или скреперования) и подсечки соответствующих выработок. Чтобы отделить блок от общего массива, по его углам дополнительно проходят восстающие, из которых по трем границам блока проходят окаймляющие выработки. После того как массив блока отделен с трех вертикальных сторон взрывом шпуров или скважин из окаймляющих выработок, а в горизонтальном направлении — подсечкой, руда в блоке, будучи лишена опоры и связи с окружающим массивом, начинает самообрушаться.
Системы разработки с обрушением руды и вмещающих пород (VII класс)

По мере выпуска руды из нижней части блока на горизонт грохочения или скреперования самообрушение руды распространяется из верхние части блока. Обрушивающаяся руда раскалывается на куски под действием собственного веса и веса обрушающихся вмещающих пород. Основная масса подсеченной руды в блоке (до 90—93% от общего запаса руды в блоке) добывается без буровзрывных работ, т. е. без затраты взрывчатых веществ и крепежных материалов.
Достоинства системы этажного самообрушения — в весьма высоких показателях производительности труда и малом расходе материалов. Недостатки системы — высокие потери и разубоживание руды при ее выпуске. Экономический ущерб от потерь и разубоживания значительно уменьшается при наличии во вмещающих породах полезных компонентов. В этом случае можно увеличить общее количество руды, выпускаемой из блока. Более бедную руду, выпускаемую в последнюю очередь, направляют на обогатительную фабрику.
Система этажного самообрушения в настоящее время успешно применяется на ряде железных рудников Криворожского бассейна. Система этажного обрушения с самообрушением руды может применяться и при разработке отдельных мощных месторождений бедных руд цветных металлов.
Помимо общих условий применения систем с обрушением руды и вмещающих пород, при системе этажного самообрушения необходимы следующие горно-геологические условия; 1) мощность рудного тела не менее 25—30 м; при недостаточной мощности рудного тела повышается объем подготовительных и нарезных работ на 1 т добываемой руды, а также резко увеличиваются потери и разубоживание; 2) склонность руды к самообрушению в кусках небольших размеров или способность ее дробиться после обрушения под давлением вышележащей руды и породы; это важнейшее условие может быть соблюдено только при строго определенных свойствах руды, поэтому область применения этой системы ограничена. Залежи, разрабатываемые системой этажного самообрушения, характеризуются интенсивной трещиноватостью руды, слоистостью ее или наличием в рудном массиве прослоек мягких минералов; 3) ограниченная ценность руды; высокие потери и разубоживание руды вызывают значительный экономический ущерб при разработке высокоценных руд; 4) наличие полезных компонентов во вмещающих породах, что уменьшает экономический ущерб от засорения руды вмещающей породой; 5) низкое содержание серы в руде, так как наличие большого количества серы при трении отдельных кусков обрушаемой руды может вызвать ее самовозгорание; 6) отсутствие склонности руды к слеживанию и быстрому окислению.
Из других условий успешного применения системы этажного самообрушения следует отметить необходимость правильного выбора конструктивных элементов системы и хорошей организации выпуска руды (с целью снижения потерь и разубоживания), а также обогащения засоренной руды, выпускаемой в последнюю очередь из блока. Организация обогащения засоренной руды позволит увеличить общее количество выпускаемой руды и тем самым снизить потери. При правильно выбранных элементах системы и хорошей организации выпуска руды из блока может быть извлечено до 60—65% чистой руды.
Система этажного принудительного обрушения отличается от системы этажного обрушения с самообрушением руды тем, что руда в блоке после подсечки обрушается не под действием веса руды и обрушающихся пород, а в результате взрывания зарядов в глубоких скважинах. Глубокие скважины располагают рядами в блоке через определенное расстояние (взрывание всех рядов глубоких скважин производится с небольшим интервалом во времени).
Освоение системы этажного принудительного обрушения было начато в Криворожском бассейне еще до 1941 г., после 1945 г. эта система была широко применена на руднике им. Дзержинского и на других рудниках Криворожского бассейна, а также на ряде рудников при добыче руд цветных металлов.
Технико-экономические показатели рассматриваемой системы несколько ниже технико-экономических показателей системы этажного обрушения с самообрушением руды, область же применения рассматриваемой системы более широкая.
Система этажного принудительного обрушения может применяться не только при рудах, склонных к самообрушению в кусках небольших размеров, но и при крепких рудах, не обладающих указанным свойством. При менее выдержанных контурах рудного тела (границы обрушения могут быть установлены соответствующим расположением глубоких скважин) и при малой минерализации вмещающих пород (управляемый процесс обрушения позволяет снизить засорение руды вмещающими породами).
Другие условия применения системы этажного принудительного обрушения примерно те же, что и системы этажного обрушения с самообрушением руды.
Системы этажного принудительного обрушения могут иметь различное конструктивное оформление. Ниже приведено краткое описание одного из вариантов системы этажного принудительного обрушения при добыче железной руды на руднике им. Дзержинского (Криворожский бассейн) (рис. 52). Чтобы подготовить блок к очистной выемке, провели комплекс выработок на горизонтах откатки и скреперования и два восстающих по углам блока с камерами для бурения глубоких скважин.
Системы разработки с обрушением руды и вмещающих пород (VII класс)

Очистная выемка была начата с образованием двух больших камер на горизонте подсечки с целиком между ними (объем камер должен компенсировать увеличение объема руды при ее обрушении). После этого пробурили глубокие скважины (глубиной 20—25 м, диаметром 85—100 мм) веерообразно через 4—5 м по вертикали: максимальное расстояние между концами скважин при веерном их расположении составляло 3—4 м.
Глубокие скважины заряжали специальными патронами большого размера и на 4 от устья заполняли забойкой. При заряжении использовали составные забойники с бичевой или канатиком. Взрывание производили в три очереди электродетонаторами замедленного действия. Целик между камерами-подсечками взрывали одновременно со скважинами первой очереди. Расход взрывчатого вещества при коэффициенте крепости руды, равном 5—6, составил 0,15—0,2 кг на 1 т руды с размещением в каждом погонном метре глубокой скважины 3—5 кг взрывчатых веществ.
В условиях шахт рудника им. Дзержинского указанное выше расположение скважин и расход взрывчатых веществ обеспечивают нормальное дробление руды. Обрушенную руду выпускали по заранее составленной планограмме.
На этом руднике системой этажного принудительного обрушения был отработан и ряд других блоков при высоте этажа до 60 м и высоте днища блока 12—15 м.
На основе накопленного опыта можно рассчитывать на успешное применение системы этажного принудительного обрушения на железных и полиметаллических рудниках при высоте этажа до 100 м, площади отдельных блоков до 4000 и расположении рудоспусков диаметром 1,7—1,8 м через 5—6 м.
В настоящее время система этажного принудительного обрушения с отбойкой руды скважинами различных направлений (горизонтальные, вертикальные, наклонные) широко применяется как на железных рудниках, так и на рудниках по добыче руд цветных и редких металлов.
Систему этажного принудительного обрушения следует считать одной из наиболее перспективных при разработке рудных месторождений в России.
Для повышения эффективности систем с массовым обрушением необходимо:
1) организовать при соответствующих условиях обогащение руд в тяжелых суспензиях, что позволит отделить значительную часть породы из добытой руды с малыми затратами;
2) широко внедрить отбойку руды глубокими скважинами с использованием станков пневмоударного и шарошечного бурения совершенных конструкций;
3) применить мощные высокобризантные взрывчатые вещества с организацией миллисекундного взрывания зарядов;
4) внедрить пневмозарядку глубоких скважин пневмозарядником специальной конструкции, предложенной Северо-Кавказским горно-металлургическим институтом;
5) упростить подсечку блоков путем более широкого применения подсечных траншей, проходимых с использованием глубоких горизонтальных скважин;
6) довести до минимума вторичное дробление руды в блоках за счет лучшего дробления при отбойке, увеличения размера кондиционного куска до 800—1000 мм с организацией подземного дробления.