Системы разработки с обрушением руды и вмещающих пород

СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ С ОБРУШЕНИЕМ РУДЫ И ВМЕЩАЮЩИХ  ПОРОД

1.Особенность  систем данного  класса.

Отличительная особенность систем данного класса состоит в обрушении подсеченного снизу или сбоку массива руды в подэтаже или этаже, вслед за чем по мере выпуска обрушенной руды покрывающие ее пустые породы самообрушаются и заполняют выработанное пространство.

  Выпуск  основной массы обрушенной руды под  опускающимися в процессе выпуска пустыми породами — наиболее характерная черта систем разработки этого класса, определяющая условия их применения, конструктивные элементы и технико-экономические показатели.

  Системы данного класса — подэтажное обрушение, этажное принудительное обрушение, этажное самообрушение — благодаря многим достоинствам применяются для разработки мощных месторождений разнообразных типов.

2.Принудительное  этажное обрушение.

Основным отличием данной системы разработки является то, что руда обрушается на компенсационные камеры сразу по всей высоте блока.

  Эта система  применяется при разработке весьма мощных рудных тел средней и выше средней крепости руд, при любой устойчивости вмещающих пород.

  Залегание рудного тела может быть как крутое, так и пологое. При углах падения в пределах 20—60° по условиям выпуска участок рудного тела, примыкающий к лежачему боку, целесообразно разделять на подэтажи.

  В зависимости  от расположения компенсационных камер  различают следующие варианты этой системы:

  принудительное  этажное обрушение на горизонтальные компенсационные камеры, когда обрушаемый массив руды располагается над подсечными камерами высотой до 10—15 м;

  принудительное  этажное обрушение на вертикальные компенсационные камеры, когда основная часть обрушаемого массива располагается сбоку от камер, имеющих высоту 35—40 м и ширину до 10—12 м;

  принудительное  этажное обрушение без компенсационных камер («в зажатой среде»).

  Систему принудительного этажного обрушения  применяют как на железорудных месторождениях, так и на рудниках цветной металлургии и химической промышленности.

  Принудительное  этажное обрушение на горизонтальные компенсационные камеры. Этот вариант  впервые в мировой практике был  применен в 1948 г. на рудниках Криворожского  бассейна. Конструктивно он аналогичен варианту системы подэтажного обрушения с отбойкой руды горизонтальными скважинами, но характеризуется большей высотой обрушаемого массива руды. Блоки принимают шириной от 20 до 50 м и длиной 30—50 м. Меньшие размеры характерны для участков с высоким горным давлением. Высота этажа 50—80 м.

  Начальная стадия очистной выемки состоит в  образовании на горизонте подсечки двух-трех компенсационных камер высотой 8—15 м, между которыми оставляют временные целики для предупреждения преждевременного обрушения рудного массива. Размеры компенсационных камер в плане, число их и толщина временного целика определяются устойчивостью руды и размерами блока, а их высота принимается из расчета компенсации увеличения объема руды вследствие разрыхления ее при взрыве. 

Подсечку  чаще всего осуществляют двумя способами:

1. Штанговыми шпурами, пробуренными из рудоспускных дучек в сочетании с одним-двумя рядами глубоких горизонтальных скважин, служащих для увеличения высоты компенсационных камер; горизонтальные скважины можно бурить из восстающих,  пройденных  из дучек во  временных целиках.
2. Взрыванием на отрезную щель вертикальных вееров скважин, пробуренных из горизонтальных выработок на горизонте подсечки.
3. Продолжительность обуривания блока зависит от его размеров, производительности и числа одновременно работающих буровых станков и составляет в среднем 3—5 мес.
4. Все скважины как в рудном массиве над подсечкой, так и во временных целиках заряжают одновременно (в течение нескольких смен). Взрывание скважин в каждом отдельном слое одновременное или короткозамедленное, а в слоях — последовательное с применением электродетонаторов замедленного действия.
5. При небольшой высоте этажа и легко обрушающихся рудах весь массив над подсечным пространством обуривают иногда и.ч двух или даже одной буровой камеры, что позволяет резко сократить объем подготовительных работ.
6. После окончания проведения компенсационных камер заряжают все скважины и взрывают их в следующем порядке: в первую очередь массовым взрывом разрушают временный целик, затем обрушают массив блока послойно с интервалами 1—2 с.
7. Следующая стадия —выпуск руды происходит под обрушенными породами.
8. Принудительное обрушение на вертикальные компенсационные камеры. Эту систему разработки применяют обычно в мощных месторождениях крепких руд. Она явилась дальнейшим развитием этажно-камерных систем разработки, когда размеры целиков стали принимать большими, чем размеры камер. Последние стали выполнять функцию компенсационного пространства. Эту систему можно применять также в том случае, когда невозможна (вследствие горизонтальной слоистости или трещиноватости) или нецелесообразна отбойка горизонтальными скважинами.
9. Рассмотрим вариант этой системы с отбойкой руды вертикальными пучками параллельных сближенных скважин, применяемый на рудниках производственного объединения (п. о.) «Сибруда».
10. Этаж высотой 70—80 м делится на блоки шириной 25—27 м и длиной, равной мощности рудного тела. Вдоль блока проводится компенсационная камера / шириной 4—6 м путем взрывания нисходящих параллельно-сближенных скважинных зарядов ВВ на отрезной восстающий Основная часть блока разбуривается нисходящими пучками скважин глубиной 50 м, а потолочная — пучками восходящих скважин глубиной до 20 м.
11. Скважины диаметром 105 мм бурят станками НКР-Ю0М из буровых ортов. Расстояние между ортами (рядами пучков) 7—8 м, а между пучками 6—7 м. Число скважин в пучке в зависимости от крепости руды колеблется от 12 до 25. Над горизонтом воронок подсечное пространство высотой 8 м создается взрыванием восходящих вееров скважин, пробуриваемых из орта. В основании временных целиков пробуриваются пучки   горизонтальных  скважин.
12. Рудный массив отбивается на компенсационную камеру с одной стороны и отбитую руду или обрушенную пустую породу—с другой. Пучки скважинных зарядов взрывают с замедлениями 15—20 мс.
13. Выпуск руды в откаточный орт осуществляется вибрационными установками ВДПУ-4ТМ, установленными в выработках с шахматным расположением. Из откаточного орта через ходок обеспечивается доступ к смотровым выработкам , через них ликвидируются зависания руды в воронках.

многолетняя практика применения описанной технологии на таштагольском и шерегешском рудниках выявила необхо димость более равномерного распределения вв в рудном массиве путем увеличения количества рядов и пучковых зарядов с соответствующим уменьшением числа скважин в пучке до 6—8 и уменьшения глубины скважин за счет встречно направленного (в восходящем и нисходящем направлениях их расположения. Уменьшение глубины скважин позволяет уменьшить величину их отклонения от заданного направления, увеличитьплотность заряжания и скорость бурения.

3. Вариант этажного  принудительного  обрушения с отбойкой  руды  вертикальными  веерными комплектами скважин.

  Усовершенствованный вариант системы с трех- и четырехрядным расположением встречных скважин, пробуренных с верхнего бурового и нижнего подсечного горизонтов, показан на рис. 1. Проведение выработок на горизонте подсечки целесообразно с применением самоходного оборудования. Для этого из откаточного орта на горизонт подсечки проводится заезд 1 под углом 12°, из которого проводится буровой орт 2. Из бурового орта проводят буро-подсечные штреки 3.

  Из  выработок подсечки бурят четыре ряда восходящих пучков параллельно сближенных скважин 4, а с верхнего бурового горизонта, состоящего из бурового орта 5 и буровых заходок 6 — три ряд а нисходящих 7 и восходящих 8 (для потолочины) скважин. Целики на горизонте подсечки между буроподсечными штреками разбуриваются горизонтальными скважинами 9.

  Длительное  время обуривания блока (несколько месяцев) приводит к деформации и потерям до 30 % буровых скважин. Для снижения этих потерь необходимо:

  обуривать блок в течение первых двух месяцев после обрушения соседнего блока;  в первую очередь бурить ряд скважин на границе с необрушенным массивом; ряды скважин со стороны обрушения обуривать в последнюю очередь, непосредственно перед заряжанием блока; необходимо, чтобы направление обуривания было противоположным направлению отбойки в отрезной щели.

На Высокогорском железном руднике первоначально при высоте этажа 60 м руду отбивали на вертикальные компенсационные камеры высотой 35—40 м и шириной 15 м нисходящими веерами глубоких скважин. В настоящее время высоту этажа увеличили до 80 м, сохранив размеры компенсационных камер. В этом случае объем компенсационного пространства не превышает 12—13 % от объема обрушаемого массива. Несмотря на то что камеры являются вертикальными, более половины обрушаемой руды находится выше их кровли. Вследствие значительной  высоты этажа его разбуривают круговыми и восходящими веерами скважин. При этом блок шириной 50 м и длиной до 150 м разбивают на секции по 40 м, которые отрабатывают последовательно одну за другой.

  Принудительное  этажное обрушение без компенсационных  камер. При этой системе разработки, как и при соответствующем варианте подэтажного обрушения, отбойку ведут секциями на массив ранее обрушенной руды или пустой породы без проведения компенсационных камер. Высоту секций принимают равной высоте этажа.

  Единая  технология очистной выемки во всех участках блока этажа характерна для этой системы. Поэтому ее относят к системам с одностадийной выемкой в отличие от этажно-камерных систем этажного обрушения на компенсационные камеры и ряда других, в которых отработка блока осуществляется в две или даже три стадии (выемка камер, отработка потолочины и междукамерных целиков, выемка днища).

  Систему можно применять в рудах средней  и выше средней крепости при мощности залежи не менее 20—25 м. Оруденение вмещающих пород и обрушение их в крупных кусках улучшают показатели этой системы, а склонность руд к возгоранию, слеживанию и переуплотнению препятствует ее применению.

  По  способу выпуска различают два  варианта системы: с площадным и  торцовым выпуском руды.

  На  Никитовском ртутном месторождении рудные тела имеют мощность до 35 м, угол падения 60—90°. Коэффициент крепости руды / = 8-М2, а вмещающих пород/-=4 н-6. Руды сильнотрещиноваты.

  Из  транспортных штреков  сечением 16 м² проводят двусторонние орты-заезды длиной 10—12 м, сечением 11 м². В конце этих ортов проходят по две выпускные выработки сечением  6м²,  которые сбивают   траншейными   штреками.

  Глубокие  восходящие скважины для отбойки  руды бурят из траншейных и бурового штреков станками НКР-100М, Расстояние между веерами скважин 2,5 м, между концами скважин в веере 2,5—3 м.

  Погрузка  и транспортирование руды с почвы  ортов-заездов осуществляется погрузочно-доставочными машинами ЛК-1, которые транспортируют руду к блоковому рудоспуску. На руднике достигнуты следующие технико-экономические показатели.

Удельный    объем   подготовительных и нарезных    работ,

м/1000 т              3

Расход  ВВ, кг/т: на отбойку           0,42

на вторичное  дробление           0,1

  На  комбинате «Апатит» при площадном  выпуске и скреперной доставке' руды секцию высотой 80, шириной 40 и длиной 30 м отбивают в две стадии (рис. 127). Первоначально отбивали вертикальными слоями «в зажиме» нижнюю часть камеры высотой 35 м. Отбойке нижней части предшествовала подсечка массива секции горизонтальными скважинами. После отбойки нижней части камеры из нее выпускается около 50 % руды, после чего отбивают верхнюю часть массива. В условиях высокого горного давления в Таштагольском рудоуправлении система с отбойкой руды «в зажиме» оказывается более эффективной, чем с отбойкой на вертикальные компенсационные камеры. В этом случае блок шириной 27 м обрушали параллельно - сближенными скважинами в один-два приема. Расстояние между рядами пучков скважин изменяли от 3,5 до 6 м. Взрывание осуществляли с замедлениями 25 мс между комплектами скважин в ряду и 50 мс — между рядами. По сравнению с отбойкой на компенсационное пространство удельный расход ВВ возрос на 10%, а выход негабарита снизился на 25%, уменьшился также удельный объем подготовительно-нарезных работ.

  Хотя  в целом системы этажного обрушения  более эффективны, чем подэтажное обрушение (в основном вследствие меньшего объема нарезных работ), в определенных условиях варианты подэтажного обрушения глубокими скважинами обеспечивают более высокую производительность труда, чем при этажном обрушении. Это относится в первую очередь к разработке месторождений в условиях высокого горного давления; меньший срок отработки подэтажа существенно снижает затраты на поддержание выработок. Уменьшение горизонтальных размеров блоков (секций, панелей) позволяет уменьшить горное давление на выработки. 
 

4. Вариант этажного принудительного обрушения с отбойкой руды вертикальными веерными комплектами скважин:

I — выемочный блок; 2 — секция; 3 — компенсационная камера; 4 — междукамерные целики; 5 — надкамерный целик (потолочина); 6 — круговые веерные комплекты скважин; 7 — восходящие веерные комплекты скважин