 |
5.8. Системы разработки с креплением и закладкой очистного пространства
|
|
|
|
5. 8. Системы разработки с креплением и закладкой очистного пространства
В данном разделе рассматриваются системы разработки с креплением; с закладкой; с креплением и закладкой. Из них наибольшее распространение имеют системы разработки с закладкой очистного пространства, они будут рассмотрены подробно. В связи с тем, что остальные системы в настоящее время применяются редко, их рассмотрение ограничено общей характеристикой.
Системы разработки с креплением.
По конструкции и порядку ведения очистной выемки они сходны с потолкоуступной и сплошной системами разработки из класса систем с открытым очистным пространством. Но если в последних крепь применяется в качестве вспомогательного средства поддержания вмещающих пород или для устройства рабочей площадки, то системы с креплением характеризуются регулярным возведением крепи для поддержания вмещающих пород, а иногда и руд. Одновременно крепь служит основанием настила для рабочих.
При отработке крутых маломощных залежей устанавливают усиленную распорную крепь, состоящую из горизонтальных элементов длиной до 3 м, которые поддерживаются вертикальными стойками или наклонными распорками. Концы распорок помещают в лунки глубиной 5—10 см. В необходимых случаях лежачий или висячий бок крепят укосами с затяжкой из накатника, горбылей или досок. Руду в кровле могут также поддерживать затяжкой.
Расстояния между рядами распорок и между распорками в ряду зависят от горного давления, мощности рудного тела, конструкции и диаметра круглого леса, используемого для крепи. При диаметре распорок 18—20 см расстояние между распорками в ряду по горизонтали составляет 1—2 м и между рядами по вертикали 1, 8—2, 2 м. В целях облегчения установки крепи иногда вместо толстых и тяжелых одиночных распорок применяют кустовое крепление из нескольких установленных рядом распорок меньшего диаметра.
|
|
|
Очистную выемку ведут уступами по простиранию, которые обуривают мелкими (длиной 1—1, 5 м) шпурами. Отбитая руда по наклонным скатам поступает к рудоспускам, наращиваемым по мере подвигания забоя вверх. Высоту этажа по условиям горного давления принимают обычно не более 35—40 м.
При отработке пологих рудных тел применяют крепежные рамы, стойки, костры, бетонные столбы. При высоком начальном давлении крепь делают податливой, для чего концы стоек заостряют, Иногда податливость крепи достигается за счет раздавливания насыпанной JB
лунку под стойку мелкой породы.
Забой имеет сплошную форму и перемещается по простиранию, падению или восстанию. Основные недостатки систем разработки с креплением — большой расход крепежного леса (0, 15—0, 2 м3 на 1 м3 очистного пространства) и значительная трудоемкость работ по возведению крепи, что существенно снижает производительность труда забойных рабочих и повышает себестоимость добычи руды.
Системы разработки с креплением позволяют вести выемку руды в сложных горно- геологических условиях с малыми потерями и разубоживанием, что в отдельных случаях (дешевый крепежный лес и дорогой закладочный материал) компенсирует их недостатки.
Системы разработки с закладкой.
При этих системах выработанное пространство по мере извлечения руды заполняется з а к л а д о ч н ым м а т е р и а л о м: твердеющими смесями, дробленой породой, песком, отходами обогатительного и металлургических производств. После укладки закладочного материала в выработанном пространстве образуется з а к л а д о ч н ый м а с с ив, который поддерживает боковые породы и одновременно служит почвой для рабочих, находящихся в очистных забоях. Закладка выработанного пространства обеспечивает высокую полноту извлечения полезных ископаемых и безопасность работ в сложных горно-геологических условиях — при непостоянных элементах залегания рудного тела, высоком горном давлении. Раньше системы с закладкой применяли только при выемке ценных руд, а также при необходимости сохранить поверхность от обрушения. Применение самоходного оборудования, внедрение твердеющей закладки, использование дешевых закладочных материалов с доставкой их гидравлическим транспортом расширило область применения этих систем. Особенно широкое распространение они, получили на рудниках цветной металлургии. Закладочные материалы должны быть дешевыми, безопасными в пожарном отношении, легко транспортабельными, не давать большой усадки. Применяют сыпучую, гидравлическую и твердеющую закладку.
|
|
|
Для сыпучей закладки используют гравий, дробленую породу, хвосты обогатительных фабрик, шлаки. Подачу сухого закладочного материала в выработанное пространство осуществляют самотеком, сжатым воздухом с помощью закладочных машин (пневмо-закладка) и механическим способом (скреперованием, в самоходных вагонетках).
Для гидравлической закладки рекомендуется материал крупностью не более 20 мм. Он смешивается с водой и подается по трубам. Отношение твердого к жидкому принимается равным от 1: 1 до 1: 2, 5 в зависимости от крупности закладочного материала.
Твердеющая закладка состоит из трех компонентов: вяжущего, заполнителя и воды. В качестве вяжущего используют цемент, доменный гранулированный шлак, в качестве заполнителя
— песчано-гравийную смесь, щебень, хвосты. После укладки твердеющая закладка затвердевает, образуя монолитный массив с пределом прочности на сжатие 2—4 МПа.
Системы разработки с закладкой отличаются разнообразием вариантов. По положению очистного забоя различают системы горизонтальными и наклонными слоями, по форме забоя — потолкоуступные, сплошные и с выемкой заходками, по направлению очистной выемки — в восходящем и нисходящем порядке. Применение твердеющей закладки позволило вести отработку мощных залежей системами с подэтажной отбойкой и этажно-камерными системами без оставления целиков. Роль последних стал выполнять затвердевший массив из закладочного материала.
|
|
|
Системы с закладкой применяют при отработке рудных тел любой мощности. При разработке жильных месторождений закладочный материал получают непосредственно в блоке путем подрывки вмещающих пород. В случае отработки маломощных рудных тел угол их падения должен быть крутым, для мощных и весьма мощных залежей угол падения существенного значения не имеет. Руда — любой устойчивости, от крепости ее зависит выбор варианта. Вмещающие породы также могут быть любой устойчивости. Ценность руды — средняя и выше. Системы с закладкой позволяют вести выемку руд, склонных к возгоранию, с включениями пустых пород.
Рис. 5. 26. Система разработки горизонтальными слоями с сухой закладкой и применением самоходного оборудования
На рис. 5. 26 показана система разработки горизонтальными слоями с сухой закладкой и применением самоходного оборудования для крутой залежи мощностью 5—10 м. Этаж высотой 40—45 м восстающими (с двумя отделениями) разбивают на блоки длиной по простиранию 50— 100 м. Отработку горизонтальных слоев толщиной 2—2, 2 м ведут снизу вверх. Такое направление выемки возможно при достаточно устойчивой руде. Очистная выемка включает отбойку руды, проветривание забоя, погрузку и доставку руды, разборку настила, доставку и укладку закладочного материала, восстановление настила на вновь уложенном слое закладочного материала.
Бурение восходящих шпуров ведется самоходной буровой установкой 7. Отбитая руда погрузочно-доставочной машиной 6 транспортируется до рудоспуска 5, который наращивается в закладочном материале по мере подвигания очистного забоя, или же до рудоспускного отделения 1 в блоковом восстающем 2. По этим выработкам она поступает к откаточному штреку
8. Рудоспуски в закладочном материале сооружают также из металлических труб. Закладочный материал поступает в блок с вентиляционного штрека 9 через верхнюю часть восстающего и через люк 3 загружается в самоходную вагонетку 4 которая доставляет его к месту укладки. Все самоходные машины перемещаются по настилу, уложенному на поверхности закладочного материала. На участке разгрузки вагонетки настил должен быть убран. Его восстанавливают по мере закладки выработанного пространства. Настил сооружают из дощатых щитов или стальных листов. Иногда вместо настила на поверхность закладки наносят слой быстросхватывающегося бетона толщиной 15—18 см. Для улучшения организации работ блок делят на два участка, работы в которых чередуют. В одной части ведут отбойку и доставку руды, в другой — закладочные работы,
|
|
|
Самоходное оборудование перемещается из одного слоя в другой по уклону 10 и сбойкам 11, пройденным в породах лежачего бока. Потолочину отрабатывают с креплением и закладкой после того, как отпадает необходимость в сохранении вентиляционного штрека.
При отработке мощных залежей блоки располагают вкрест простирания и применяют твердеющую закладку.
Рис. 5. 27.
Разработка слоями с закладкой в нисходящем порядке
Выемку неустойчивых, сильно раздробленных и трещиноватых руд высокой ценности осуществляют горизонтальными или слабонаклонными слоями 1—4 в нисходящем порядке (рис. 5. 27). Руду извлекают заходками 10, которые проводят из разрезных штреков 11 с помощью самоходного оборудования. В незаложенных заходках, кровля которых закреплена анкерной крепью 5, монтируют закладочный трубопровод 9. В нижние слои закладку подают по скважинам 6, которые бурят станком пневмоударного бурения. Перед подачей закладки в заходке устанавливают изолирующую перемычку 5. Воздух из заходки отводится по вентиляционной скважине 7.
Система разработки при нисходящей слоевой выемке руды с закладкой характеризуется следующими показателями:
Удельный объем подготовительных работ на 1000 т добычи, м3 5—25
Производительность блока, тыс. т/мес 3—18
Сменная производительность труда забойного рабочего, м3 6—8
Потери, % 2—4
Разубоживание, % 2—6
Получили распространение системы разработки с последующей закладкой камер. Рудный массив делят на первичные и вторичные блоки. Первичные блоки отрабатывают системами с подэтажной отбойкой или этажно-камерными системами, после чего образовавшиеся камеры заполняют твердеющей закладкой. Вторичные блоки отрабатывают либо в окружении затвердевшей закладки, либо по контакту с рудой и закладкой теми же системами. При отработке вторичных камер для сохранения устойчивости целиков из закладочного материала уменьшают величину зарядов ВВ. При этом могут применять более дешевую гидравлическую закладку, заполняя твердеющей только нижнюю часть камеры (на высоту 8—12 м) для создания устойчивой потолочины для нижележащего этажа. По конструктивным особенностям и характеру технологических процессов системы разработки с последующей закладкой камер имеют много' общего как с системами с открытым очистным пространством, так и с комбинированными системами разработки.
|
|
|
На рис. 5. 28, а приведен вариант этажно-камерной системы с твердеющей закладкой. Откаточный горизонт подготовлен двумя полевыми штреками 1, на уровне кровли которых располагают выработки горизонта скреперования 2. Ширина блока (камер) 15 м. На два-четыре блока проходят с каждой стороны по восстающему 3. Бурение вееров скважин осуществляют из одного или нескольких буровых ортов 4. В последнем случае подэтажные орты соединяются с подэтажным штреком 5. Отрезной восстающий располагают как по контакту с вмещающими породами, так и по центру камеры. Отбитая руда скреперами доставляется до откаточных штреков. Последовательность отработки блоков показана на рис. 5. 28, б. В первую очередь отрабатывают первичные камеры / и //, а в последнюю очередь — камеры IV и V в окружении • закладочного массива.
Рис. 5. 28. Этажно- камерная система разработки с последующей монолитной закладкой (а), последовательность отработки блоков (б) и образование буровых выработок (в)
Буровые выработки 4 (рис. 5. 28, в), которые располагаются в рудном массиве по контакту с камерами, заполняемыми закладочным материалом 5, можно проходить взрыванием скважин 7. Их участок 6 в пустых породах проводится обычным способом. Взрывом зарядов в скважинах 7 руда выбрасывается в камеру. Затем в образованную нишу укладывают эластичную оболочку — опалубку, закрепляют ее в выработке 6 канатами и подают в нее воздух. После этого выработанное пространство камеры закладывают и после набора закладкой необходимой прочности воздух из оболочки выпускают, извлекая ее для повторного использования. Подобный способ в несколько раз уменьшает стоимость проведения выработок. При этажно- камерных системах разработки с твердеющей закладкой и применением самоходного оборудования сменная производительность рабочих забойной группы составляет 60—80 т, потери руды — 2—3 %, разубоживание 5—7 %.
|
|
|
