Подземные горные работы

Работа из раздела: «Геология, гидрология и геодезия»

1.Описание конструкций системы разработки

Сущность систем разработки с обрушением руды и вмещающих пород заключается в том, что в подготовленных к выемке блоках (панелях, зонах) производят обрушение руды, которую выпускают под налегающими породами, обрушающимися вслед за рудой. Отсюда и условия, в которых эта система может успешно применяться: неустойчивые, легкообрушающиеся (вслед за рудой) вмещающие породы; возможность обрушения поверхности; незначительная ценность руды; отсутствие включений пустых пород и различных сортов руд. Выпуск руды под налегающими породами является чрезвычайно важным технологическим процессом при рассматриваемых системах разработки. От качества выпуска зависят потери и разубоживание руды. Современные способы выпуска руды пока не обеспечивают высоких показателей извлечения. Наблюдаются большие потери руды и высокое ее разубоживание, а поэтому применять системы с обрушением руды и вмещающих пород целесообразно лишь при разработке руд невысокой ценности.

В настоящее время системы с обрушением руды и вмещающих пород нашли широкое применение при разработке рудных месторождений. Они применяются как самостоятельные при выемке отдельных рудных тел или же как вспомогательные при отработке целиков и потолочин в других системах разработки.

Системы разработки этого класса отличаются друг от друга высотой обрушаемого массива. Системы разработки с разделением этажа на подэтажи называются системами подэтажного обрушения, а системы разработки без разделения этажа на подэтажи - системами этажного обрушения. Наиболее гибкими в применении оказались системы под-этажного обрушения, с помощью которых успешно ведется разработка рудных месторождений в самых разнообразных условиях, в том числе и на больших глубинах с проявлением горного давления.

Следует отметить, что в определенных условиях достаточно лишь произвести подсечку и отрезку подлежащего к обрушению рудного массива, как он начинает постепенно самообрушаться.

Можно вести как этажное, так и подэтажное самообрушение. В зависимости от этого различают системы подэтажного самообрушения и системы этажного самообрушения.

Усилиями советских специалистов-горняков (М. В. Гуминский, В. Ф. Лавриненко и др.) разработаны методы управления самообрушением руды. Но темпы современной добычи руды иногда недостаточны для осуществления процесса самообрушения. По этой причине системы разработки с самообрушением руды в настоящее время применяются редко. Рассмотрим наиболее широко применяемые системы разработки этого класса.

Система подэтажного обрушения с отбойкой руды глубокими скважинами применяется при разработке месторождений мощностью от 5 - 6 м до 150 - 200 м и более. Нижний предел мощности залежи ограничивается в основном возможностями скважинной отбойки и выпуска руды.

Система подэтажного обрушения с отбойкой руды глубокими скважинами применяется в двух основных вариантах:с отбойкой руды на компенсационное пространство (горизонтальное, вертикальное, наклонное); с отбойкой руды на ранее обрушенные руды или пустые породы (в зажиме).

Подготовка блоков как при этом, так и при других приведенных выше вариантах этой системы практически одинакова. Она включает проходку полевого откаточного штрека и ортов. Из откаточных ортов до отметки первого подэтажа проходят рудоспуски, ходовые и материальные восстающие. На каждом подэтаже проходят хозяйственные орты и штреки скреперования. На границах блока штреки скреперования соединяют вентиляционными ортами, из которых в лежачем боку проходят запасной ходовой восстающий.

Очистные работы начинают с подсечки, после выпуска руды из которой образуются горизонтальные компенсационные пространства (камеры). Для большой устойчивости этих пространств между ними оставляют целик.

Массив руды разбуривают глубокими скважинами из специальных буровых выработок. Взрывание скважин осуществляют короткозамедленным способом. При этом в первую очередь взрывают скважины, разбуренные в целиках.

После взрывания глубоких скважин приступают к массовому выпуску руды через дучки. Доставку руды производят с помощью скреперных установок, виброконвейеров или самоходных машин. В зависимости от применяемого способа доставки изменяется конструкция горизонта доставки.

Система разработки отличается высокой производительностью, экономичностью, хорошими условиями проветривания. Вместе с тем эта система имеет ряд недостатков, главными из которых являются: большой объем подготовительных работ и невозможность применения самоходной буровой техники. Горизонтальное направление отбойки снижает устойчивость выработок горизонта выпуска руды.

Система подэтажного обрушения с отбойкой руды глубокими скважинами на вертикальное компенсационное пространство (щель). Подготовка блока при этой системе, как уже отмечалось, аналогична описанной выше. Выемка руды начинается с образования вертикального компенсационного пространства (щели), на которое встречно направленно отбивают маесив, разбуренный глубокими скважинами из буровой выработки.

При этой системе разработки значительно снижается динамическое воздействие взрыва на выработки приемного горизонта. Кроме того, такой способ отбойки позволяет улучшить качество дробления горной массы за счет соударения отдельных кусков.

Варианты системы подэтажного обрушения с отбойкой руды на наклонное компенсационное пространство показаны.

Разбуривание массива глубокими скважинами производится из буровых выработок, расположенных на уровне горизонта воронок. Толщина отбиваемого слоя по горизонтали, как правило, равна расстоянию между выработками выпуска руды (скреперования). Наклонные слои отбивают на наклонное компенсационное пространство. Выпуск отбитой руды производят через выпускные выработки (дучки или щели). Доставка отбитой руды производится скрепером в рудосвалочные восстающие.

При применении системы подэтажного обрушения также с отбойкой наклонных слоев руды на наклонную подсечку разбуривание массива производится непосредственно из выработок горизонта доставки (скреперования). Это позволяет исключить проходку специального бурового штрека и упростить конструкцию системы. При таком разбуривании массива устья глубоких скважин недозаряжают ВВ с целью предохранения штреков скреперования от разрушения в момент массового взрыва. Однако после взрывания скважин их недозаряженные части используются при образовании выпускных дучек или щелей.

Доставка отбитой руды производится скрепером с погрузкой непосредственно в вагоны через полки.

Система подэтажного обрушения с отбойкой руды глубокими скважинами на зажатую среду разработана сравнительно недавно. Однако уже накоплен значительный положительный опыт применения этой системы разработки. Так, в условиях Криворожского бассейна, например, при отбойке на зажатую среду достигается лучшее дробление руды, чем при отбойке на компенсационные пространства.

Отличительная особенность этой системы разработки заключается в том, что отбойка слоев руды, разбуренных из буровых выработок глубокими скважинами, производится не на компенсационное пространство, выполненное в виде камеры (пустоты), а на ранее обрушенную руду или даже пустые породы. Таким образом, при отбойке руды на зажатую среду отпадает необходимость в трудоемкой операции по образованию компенсационного пространства.

Необходимое компенсационное пространство для размещения обрушаемой руды создается за счет уплотнения под действием энергии взрыва обрушенных ранее пород и их амортизационных свойств. Вместе с тем необходимо отметить, что выпуск обрушенной руды при таком способе отбойки следует производить с особым вниманием, не допуская преждевременных потерь и разубоживания.

При системе этажного обрушения с отбойкой руды глубокими скважинами блок обрушают сразу на всю высоту этажа. В этом заключается основное отличие ее от системы подэтажного обрушения. Четкой границы между этими системами провести вообще невозможно. На одних рудниках высота этажа составляет 40 м и, естественно, на всю эту высоту (этажа) производят обрушение руды. Следовательно, применяют систему этажного обрушения. На других же рудниках высота этажа составляет 80 м и его делят на два подэтажа, в пределах которых и производят обрушение руды. В этих условиях система именуется уже системой подэтажного обрушения.

В практике наибольшее распространение получили системы этажного обрушения с отбойкой руды глубокими скважинами на горизонтальные компенсационные пространства, вертикальные компенсационные пространства и на зажатую среду.

2.Достоинства системы разработки

Системы разработки с обрушением руды и вмещающих пород -- являются самыми производительными и обеспечивают добычу руды при низкой себестоимости. Область применения -- неустойчивые, легкообрушающиеся породы; руды средней ценности и неценные; возможность обрушения поверхности. Достоинства -- высокая производительность труда; низкая стоимость добычи.

3.Недостатки системы разработки

Системы разработки с обрушением руды и вмещающих пород -- являются самыми производительными и обеспечивают добычу руды при низкой себестоимости. Область применения -- неустойчивые, легкообрушающиеся породы; руды средней ценности и неценные; возможность обрушения поверхности. Недостатки -- большие потери руды, достигающие 30%; невозможность селективной (раздельной) добычи.

4.Условия и область применения системы разработки

Общими условиями применения систем разработки с обрушением руды и вмещающих пород являются: неустойчивые легкообрушающиеся вмещающие породы; возможность обрушения поверхности и вмещающих пород; незначительная ценность руды (системы с обрушением руды и вмещающих пород характеризуется высокими потерями и разубоживанием руды); отсутствие включений пустых пород и различных сортов руд (подземная сортировка и разделение руды по сортам при системах с обрушением руды и вмещающих пород исключены).

Системы разработки подэтажного обрушения без применения мата. Эти системы широко применяют при разработке железорудных месторождений и руд цветных металлов (рудники Кривого Рога, Урала, Алтая и других горнорудных районов). В основном применяют следующие варианты системы подэтажного обрушения: «камера над «дучками»; закрытый веер; с отбойкой руды глубокими скважинами; подэтажное самообрушение.

Системы с массовым обрушением применяют в залежах мощных и средней мощности. Очистное пространство не поддерживается (за исключением образования камер или щелей для обрушения остальной части блока в некоторых системах). Отбойка преимущественно скважинная, иногда самообрушением.

Эти системы применяют в мощных и средней мощности залежах при условии, что не требуется поддерживать земную поверхность. Ценность руды, ограниченная в связи с повышенными ее потерями.

Запрещается применять эти системы при наличии в налегающих породах плывунов, неосушенных песков и суглинков, а также карстов, заполненных водой или газом.

Ограничивает применение и большая (700-1200 м и более) глубина разработки, при которой обрушение висячего бока намного отстает от выемки, что угрожает породными взрывами и горными ударами, особенно при пологом или наклонном падении залежи.

При устойчивых породах висячего бока необходимо систематически наблюдать за состоянием и деформациями пород и оседанием земной поверхности с тем, чтобы заблаговременно вывести людей и убрать оборудование из опасных мест. Зона возможного обрушения пород на поверхности должна быть ограждена.

Возможность применения перекрытий. Для снижения потерь руды были предложения и попытки оградить отбитую руду от обрушенных пород каким-то искусственным перекрытием, которым служили бы: породных блок, отрезанный по границам от массива; толстая железобетонная плита; гибкие покрытия из металлической сетки. Обнадеживающих результатов на этом пути пока что не получено.

От качества выпуска зависят потери и разубоживание руды. Современные способы выпуска руды пока не обеспечивают высоких показателей извлечения. Наблюдаются большие потери руды и высокое ее разубоживание, а поэтому применять системы с обрушением руды и вмещающих пород целесообразно лишь при разработке руд невысокой ценности.

Наиболее гибкими в применении оказались системы подэтажного обрушения, с помощью которых успешно ведется разработка рудных месторождений в самых разнообразных условиях, в том числе и на больших глубинах с проявлением горного давления.

Усилиями советских специалистов-горняков (М.В. Гуминский, В.Ф. Лавриненко и др.) разработаны методы управления самообрушением руды. Но темпы современной добычи руды иногда недостаточны для осуществления процесса самообрушения. По этой причине системы разработки с самообрушением руды в настоящее время применяются редко.

Рассмотрим наиболее широко применяемые системы разработки этого класса. Система подэтажного обрушения с отбойкой руды глубокими скважинами применяется при разработке месторождений мощностью от 5-6 м до 150-200 м и более. Нижний предел мощности залежи ограничивается в основном возможностями скважинной отбойки и выпуска руды.

Система подэтажного обрушения с отбойкой руды глубокими скважинами применяется в двух основных вариантах:

с отбойкой руды на компенсационное пространство (горизонтальное, вертикальное, наклонное);

с отбойкой руды на ранее обрушенные руды или пустые породы (в зажиме).

Вариант системы подэтажного обрушения с отбойкой руды глубокими скважина ми на горизонтальное компенсационное пространство применяется при разработке месторождений средней мощности и мощных (Рис.1). Подготовка блоков как при этом, так и при других приведенных выше вариантах этой системы практически одинакова. Она включает проходку полевого откаточного штрека 1 и ортов 3. Из откаточных ортов до отметки первого подэтажа проходят рудоспуски 2, ходовые 8 и материальные 14 восстающие. На каждом подэтаже проходят хозяйственные орты 9 и штреки скреперования 7. На границах блока штреки скреперования соединяют вентиляционными ортами 4, из которых в лежачем боку проходят запасной ходовой восстающий 13.

Рис.

5.Технические характеристики системы разработки

По сравнению с системой слоевого обрушения система подэтажного обрушения имеет следующие преимущества: более безопасные условия труда в связи с тем, что выработки проходятся в рудном массиве; значительно лучшие условия проветривания забоев, так как устраняется или сводится к минимуму контакт с гниющим матом, выделяющим углекислый газ; меньший объем трудоемких нарезных работ; меньший расход ВВ и лесных материалов; более высокая (в два-три раза) производительность труда горнорабочих; меньшие расходы на поддержание и ремонт выработок.

К числу недостатков системы подэтажного обрушения относятся: значительные потери и разубоживание руды, особенно при выпуске руды под налегающими породами; невозможность раздельной выемки и сортировки руды в забое; опасность в пожарном отношении при разработке руд, склонных к самовозгоранию, а также при выпуске руды под защитой мата.

В связи с этим при добыче богатых руд применяют системы слоевого обрушения. Сопоставляя технико-экономические показатели различных вариантов системы подэтажного обрушения, необходимо отметить, что все варианты с выпуском руды под налегающими породами по сравнению с вариантом системы, где выпуск ведут под защитой гибкого деревянного щита из старого леса (мата), имеют следующие преимущества: более высокую производительность забоя и труда горнорабочих, занятых на очистной выемке; меньший расход материалов, особенно лесных; меньшую себестоимость добываемой руды.

Общим недостатком вариантов системы подэтажного обрушения с выпуском руды под налегающими породами являются потери и разубоживание руды, возрастающие в 1,2--1,5 раза на участках со значительным горным давлением вследствие уплотнения обрушенной руды.

Из всех вариантов системы подэтажного обрушения с выпуском руды под налегающими породами наиболее высокопроизводительным является вариант с отбойкой руды глубокими скважинами благодаря высокой эффективности буровзрывных работ и высокой интенсивности выпуска руды (обычно 0,6--0,8 т/м2 в сутки по сравнению с 0,2--0,3 т/м2 при других системах). Варианты системы подэтажного обрушения с отбойкой руды штанговыми шпурами менее производительны вследствие менее эффективных методов отбойки, а также в связи с большим удельным объемом подготовительных и нарезных работ. Отбойка руды глубокими скважинами характеризуется меньшей величиной потерь (12--15%) и разубоживания руды (10--12%) благодаря более эффективному ее дроблению и выпуску на большей площади. Наибольшие потери (15--25%) и разубоживание (20--25%) наблюдается при варианте «закрытый веер». Необходимо отметить, что все варианты системы подэтажного обрушения позволяют осуществлять хорошее проветривание рабочих забоев, причем наименьшее пылеобразование достигается при варианте с отбойкой руды глубокими скважинами.

Таким образом, при отбойке руды глубокими скважинами достигаются: 1) высокая эффективность буровзрывных работ; 2) высокая интенсивность выпуска; 3) возможность достижения высокой производительности труда горнорабочего; 4) низкая себестоимость руды; 5) уменьшение объема подготовительных и нарезных работ; 6) снижение пылеобразования в забое; 7) меньшие по сравнению с другими вариантами потери и разубоживание руды.

Применяя системы подэтажного обрушения, следует стремиться поэтому к максимально возможному по условиям разработки применению наиболее эффективных ее вариантов с отбойкой руды глубокими скважинами. При неустойчивых, хорошо об- рушающихся, хрупких и неслеживающихся рудах при их выпуске хорошие показатели дает вариант подэтажного самообрушения. В случае применения системы подэтажного обрушения целесообразно организовать выдачу на поверхность двух потоков руды, разделив выдачу кондиционных руд и руд разубоженных, требующих обогащения. За счет этого мероприятия эффективность системы подэтажного обрушения может быть значительно повышена. Дальнейшее развитие системы подэтажного обрушения будет направлено по пути усовершенствования варианта с отбойкой руды глубокими скважинами, который обеспечивает высокую интенсивность выпуска руды. Вариант можно широко использовать при значительном горном давлении, так как днище отрабатываемой панели (обычно 20 X 25 или 30 X 25 м) при этой системе разработки воспринимают меньшее горное давление, чем при отработке больших блоков (45 X 50 или 50 X 70 м) при системе этажного обрушения. Поэтому систему подэтажного обрушения следует рассматривать как основную при значительном горном давлении. Широкое применение податливой металлической крепи является одним из мероприятий, способствующих повышению эффективности системы разработки подэтажного.

6.Описание применяемого оборудования для системы разработки

Основным применяемым при этих работах оборудованием являются механические лопаты, драглайны, многочерпаковые отвальные экскаваторы (абзатцеры), консольные отвалообразователи, транспортно-отвальные мосты, бульдозеры, отвальные плуги и краны.

Транспортировка пород на внешние отвалы осуществляется преимущественно автомобильным или железнодорожным транспортом, формирование поверхности. отвалов - бульдозерами, механическими отвалами, абзатцерами и отвальными плугами.

Путевые работы на отвалах, производимые при железнодорожной и автомобильной транспортировке пород, заключаются в сооружении и реконструкции сети транспортных путей (на отвалах эксплуатируются постоянные и временные дороги, последние перемещают по мере изменения параметров отвала). Дорожные работы осуществляются с использованием бульдозеров, кранов и грейдеров.

Вскрытие месторождений. Задачей вскрытия является установление транспортной связи между рабочими площадками уступов и земной поверхностью. Основными выработками вскрытия являются, как уже отмечалось, траншеи (в некоторых случаях, впрочем, вскрывающими выработками могут служить и подземные выработки).

Траншеи, располагаемые вне проектируемого контура карьера, называют внешними, а внутри контура - внутренними.

Внешние траншеи проходят с земной поверхности до проектируемого на той или иной глубине борта карьера (вскрышных или добычных уступов).

Внешней траншеей могут вскрываться один, несколько или все уступы карьера.

Выемка пород экскаваторами обычно совмещается с погрузкой горной массы на транспортные машины. Прямые механические лопаты применяют преимущественно для выемки мягких и плотных пород, они являются также основным оборудованием для погрузки скальных горных пород, предварительно отделенных от массива и разрыхленных с помощью взрывчатых веществ. Роторными экскаваторами осуществляется выемка различных пород - от рыхлых до трещиноватых полускальных.

Бульдозеры, колесные скреперы и погрузчики на крупных карьерах используются главным образом для выполнения различных вспомогательных операций.

Транспортировка горных пород. При разработке месторождений основными грузами в карьерах являются вскрышные породы и полезные ископаемые, перевозка горных пород - наиболее дорогостоящий и трудоемкий процесс. Грузопоток в карьере в зависимости от глубины залегания разрабатываемого месторождения или его части и интенсивности разработки меняется в значительных пределах, достигая десятков и даже сотен миллионов тонн в год. Расстояния перемещения пород составляют от нескольких десятков метров до 10-20 км.

Горная масса транспортируется от забоев рабочих уступов, причем вскрышные породы перемещают в отвалы, а полезное ископаемое направляют на приемные пункты или склады.

Основными видами карьерного транспорта являются железнодорожный, автомобильный и конвейерный.

На карьерах средней и большой производственной мощности при расстоянии перевозки горной массы более 2 км наиболее широко используется железнодорожный транспорт, характеризующийся экономичностью, длительным сроком службы и высокой надежностью. В качестве локомотивов обычно используют электровозы и тепловозы, горная масса транспортируется в металлических полувагонах большой грузоподъемности (перевозка вскрышных пород осуществляется в саморазгружающихся полувагонах, называемых думпкарами, полезное ископаемое чаще перевозится в полувагонах, разгружающихся в опрокидывателях). Среди карьерных железнодорожных путей выделяют стационарные и передвижные (первые сохраняют свое положение постоянно или в течение длительного периода разработки карьерного поля, вторые перемещают в процессе развития горных работ на уступах).

Автомобильный транспорт применяют в основном на карьерах с небольшой и средней производственной мощностью при расстоянии перевозок до 5 км.

Горная масса перевозится в автосамосвалах, грузоподъемность которых достигает 180 т и более и в автомобильных прицепах. Маневренность автотранспорта обеспечивает повышение производительности забойных экскаваторов, а уменьшенные по сравнению с железнодорожным транспортом радиусы закругления и увеличенные углы наклона трасс существенно сокращают расстояния перевозок. Тем не менее при значительных грузопотоках и больших расстояниях перевозок использование автомобильного транспорта становится неэкономичным. Впрочем, в комплексе с железнодорожным или конвейерным транспортом применение автомобилей большой грузоподъемности весьма эффективно и на крупных карьерах, при этом они используются преимущественно на нижних горизонтах или в качестве сборочного звена комбинированного автоконвейерного транспорта. Обязательным условием эффективной и экономичной работы автомобилей является надлежащее устройство и содержание карьерных дорог. Транспортировка горной массы из карьеров на поверхность осуществляется в основном полустационарными горизонтальными и стационарными наклонными конвейерами, рациональное расстояние транспортировки достигает 2-3 км. Для перемещения преимущественно вскрышных пород применяются передвижные и самоходные конвейеры типа транспортно-отвальных мостов, перегружателей, консольных отвалообразователей. Расстояние перемещения горной массы составляет от десятков до сотен метров.

Отвальные работы. Уже в начальном периоде горностроительных работ появляется необходимость в размещении на поверхности горного отвода породных отвалов, по мере развития вскрышных работ количество породы, выдаваемой из забоев горных выработок, возрастает. Отвалы вскрышных пород располагают или на поверхности, или в образующемся выработанном пространстве, первые отвалы называют внешними, вторые - внутренними. Размещение вскрышных пород во внутренних отвалах экономичнее, так как при этом породы обычно перемещаются на сравнительно короткие расстояния и без подъема их на поверхность. Кроме того, использование выработанного пространства для размещения отвалов сокращает территории нарушаемой поверхности и в большинстве случаев упрощает и удешевляет работы по ее восстановлению. Однако область применения внутренних отвалов ограничена, они по существу могут использоваться при разработке месторождений поверхностного и в отдельных случаях нагорного типа. При этом выемка полезных ископаемых должна производиться на всю мощность залежи.

Во всех других случаях на поверхности вне контура карьера сооружаются внешние отвалы вскрышных пород. С точки зрения сокращения транспортных расходов внешние отвалы целесообразно располагать на незначительных расстояниях от карьера, однако в зависимости от особенностей местности их располагают и на отдаленных участках, отводя под отвалы малоценные или непригодные для сельскохозяйственного и промышленного использования земли (ущелья, овраги, балки, заболоченные площади, пустоши).

К отвальным работам относятся перемещение и разгрузка пород, формирование отвалов и сооружение транспортных коммуникаций.

руда транспортный подэтажный обрушение

Таблица. Технико-экономические показатели системы разработки

Показатели	Вариант системы подэтажного обрушения
	с отбойкой руды глубокими горизонтальными скважинами	С отбойкой руды наклонными слоями на подконсольное компенсационное пространство
Производительность труда рабочего по системе, т/смену	36,9	40,1
Месячная производ. забоя, тыс. т	8,25	9,50
Объем нарезных работ, м /1000 т	6,35	5,80
Расход ВВ, кг/т: на отбойку на вторичное дробление	0,160 0,055	0,114 0,045
Интен. выпуска руды за сутки, т/	0,96	1,60
Себестоимость руды, руб/т	0,395	0,389
Потери, %	14,9	12,6
Разубоживание, %	11,3	6,5

Из данных таблицы видно, что производительность труда рабочего при варианте с отбойкой руды наклонными слоями на подконсольное компенсационное пространство выше, а объем нарезных работ и себестоимость меньше. Интенсивность выпуска руды выше.

Этот вариант требует обязательного проведения буровых штреков и ортов, используемых только для разбуривания массива глубокими скважинами. Для снижения объема нарезных работ разработан новый вариант этой системы с разбуриванием массива непосредственно из штреков скреперования Промышленные испытания нового варианта проведены на шахте «Гигант». При массовой отбойке устья скважин недозаряжались на глубину 12 м. Применяли два способа расположения глубоких скважин; 1) пучкообразный, с бурением скважин непосредственно из заходок для дучек; 2) веерный, с бурением скважин из штреков скреперования. В первом случае недозаряженную часть скважин использовали для проходки дучек и выпускных воронок, во втором -- для образования выпускной щели.

Таким образом, при этом варианте системы полностью отказались от проходки буровых выработок и тем самым снизили затраты на 1 т добытой руды. Сравнительные технико-экономические показатели указанных вариантов приведены в табл.

Таблица

Показатели	Вариант системы подэтажного обрушения
	с разбурив. массива из буровых выроботок	С разбуриванием массива из штреков скреперования
Добыча, m	1 650 713	349 178
Расход нарезных работ, м/1000 m	5,80	4,71
Производит. труда рабочего по системе, т/смену	40,1	43,5
Расход взрыв. материалов, кг/т: на первичную отбойку . на вторичное дробление на нарезные работы . В с е г о	0,114 0,045 0,078 0,237	0,119 0,040 0,053 0,212
Расход креп. мат., м3/1000 m	1,91	1,72
Расход мет. крепи, m/1000 т	0,315	0,333
Себестт 1 т руды, руб. -- коп.	0--38,9	0--35,1

Из данных таблицы видно, что при варианте системы с разбуриванием наклонных слоев из штреков скреперования расход нарезных работ ниже на 1,09 м на 1000 т отбиваемых запасов, расход ВМ -- на 25 г/т, лесных материалов -- на 0,19 м3/1000 , а производительность труда рабочего по системе на 3,4 т/смену выше. Себестоимость руды снизилась на 3,8 коп/т.

Несколько повышенный расход металлической крепи объясняется необходимостью более усиленного крепления штреков скреперования.

Суточная интенсивность выпуска руды повысилась по сравнению со средней по шахте «Гигант» на 1,18 т/м2.

Приведенные данные свидетельствуют о высокой перспективности применения этого варианта при отработке мощных залежей на больших глубинах.

Технико-экономические показатели системы этажного принудительного обрушения: месячная производительность блока колеблется от нескольких до 200 тыс. т и более (в зависимости от применяемого оборудования). Сменная производительность труда забойного рабочего при крепкой руде колеблется от 50 до 100--120 т/чел. Удельный объем подготовительно-нарезных выработок незначительный и равняется всего 2,5--6,0 м/1000 т запасов руды. Однако потери и разубоживание руды при этой системе сравнительно высоки и обычно составляют 10--20%.

Системой подэтажного обрушения с торцовым выпуском руды называется система с обрушением руды и вмещающих пород, при которой производится сплошная выемка руды (без проведения компенсационных камер) со скважинной подэтажной отбойкой руды в зажиме и выпуском ее под налегающими породами через творцы доставочных подэтажных выработок.

Условия применения системы несколько отличны от условий применения этажного принудительного обрушения. Устойчивость и крепость руды и вмещающих пород могут быть любыми, так же как и угол падения залежи. Мощность залежи в случае крутого падения должна быть не менее 3--5 м во избежание чрезмерного разубоживания руды боковыми породами и не менее 10--20 м при пологом падении, так как иначе нет смысла в делении блока на подэтажи. Ценность руды должна быть средней и ниже. Допускается обрушение земной поверхности.

При наличии этих условий подэтажное обрушение применяют лишь в тех случаях, когда нецелесообразно вести этажное обрушение, т. е. обрушать массив на полную высоту этажа. Это бывает в следующих случаях: слабые руды и большое горное давление (при подэтажном обрушении срок поддержания выработок для выпуска и доставки руды сокращается в несколько раз); слеживающаяся руда; чередование крепких руд с легкообрушающимися; крупные включения пустых пород или некондиционных руд, которые при подэтажном обрушении могут быть оставлены невынутыми; наличие в рудном теле нескольких сортов руд, которые при подэтажном обрушении могут выдаваться отдельно; неправильные контакты рудного тела, так как подэтажное обрушение позволяет более точно производить выемку руды по контактам.

7.Горно-геологические условия системы разработки

руда транспортный подэтажный обрушение

Системы с закладкой являются более универсальными и могут применяться в широком диапазоне горно-геологических условий, также позволяют добиться высокой производительности, и характеризуются высокими показателями извлечения руды. Однако применение этих систем требует более высоких капитальных и текущих затрат, связанных с производством закладочных смесей и возведением искусственного массива.

Для конкретных горно-геологических условий устанавливается порядок проведения подготовительных и очистных выработок во времени и пространстве, который в основном определяет систему разработки. К системе разработки предъявляются требования безопасного ведения работ, минимальных потерь полезного ископаемого в недрах, высоких и устойчивых технико-экономических показателей. На выбор системы разработки влияют факторы: горно-геологические (мощность и угол падения тела полезного ископаемого, его ценность, строение, глубина залегания, газоносность, водообильность, физико-механические свойства полезного ископаемого и вмещающих пород и др.) и горнотехнические (средства механизации, технический уровень предприятия и др.).

Системы разработки рудных (в т. ч. горно-химического сырья) и нерудных (главным образом гипса) месторождений существенно отличаются от таковых для угольных месторождений и поэтому рассмотрены ниже раздельно.

Уровень производительности труда на рудниках Горной Шории значительно уступает зарубежным аналогам. На лучших из них - Шерегешском и Абаканском производительность рабочего по системе разработки составляет 25 т/чел.см., что заметно ниже, чем на рудниках, применяющих самоходное оборудование в аналогичных горно-геологических условиях.

В рыночной экономике весьма важным недостатком этой технологии являются также повышенные требования к нормативам подготовленных и готовых к выемке запасов. Расчеты, выполненные по методике [10], показали, что при одной и той же производительности рудника система этажного обрушения требует оборотных средств в 1.4-1.6 раза больше, чем при подэтажной выемке.

Рудные залежи месторождений имеют весьма сложные формы с большим объемом породных включений. При общем разубоживании руды 30-35% доля породных прослоев достигает 70%. С увеличением глубины горных работ объемы породных прослоев в балансовых запасах (по данным В.С.Шеховцова) возрастают, и можно ожидать роста разубоживания и, соответственно, снижения содержания металла в руде.

Отмеченные выше недостатки существующей технологии добычи железных руд вызывает необходимость проработки концепции о техническом перевооружении и реконструкции рудников с переходом на отработку месторождений комплексами самоходного оборудования [10]. На наш взгляд горно-геологическим и геомеханическим условиям месторождений наиболее соответствует система подэтажного обрушения с торцевым выпуском руды.

Проанализировав исходные данные, формируются перспективные направления исследования. Для отработки запасов месторождения, исходя из горно-геологических условий, ценности руды наиболее перспективной видится слоевая и камерная система разработки с закладкой сформированных пустот твердеющими смесями. Исходя из заданной, очень высокой годовой производительности для подземных рудников, видится наиболее целесообразным применение на основных технологических процессах высоко производительного самоходного оборудования. Так же для обеспечения заданной годовой производительности с целью обеспечения фронта работ определяется камерно-целиковый порядок выемки запасов.

Для конкретных горногеологических условий устанавливается порядокпроведения подготовительных и очистных выработок во времени и пространстве, который в основном опрееляет систему разработки. Ксистеме разработки предъявляются требования безопасного ведения работ, минимальных потерь полезногоископаемого в недрах (см. Потери полезного ископаемого), высоких и устойчивых технико-экономических показателей.

На выбор системы разработки влияют факторы: горногеологические (мощность и угол падениятела полезного ископаемого, его ценность, строение, глубина залегания, газоносность, водообильность, физико-механические свойства полезного ископаемого и вмещающих пород и др.) и горнотехнические(средства механизации, технический уровень предприятии я и др.).

8.Горнотехнические условия системы разработки

При существующей классификации систем разработки, учитывая горнотехнические условия и ценность добываемого сырья, подземная разработка может быть осуществлена с применением технологии с принудительным обрушением руды или с искусственным поддержанием выработанного пространства.

В сложившихся условиях будет осуществляться последовательная разработка месторождения.

Учитывая, что строительство подземного рудника до настоящего времени не начато, неизбежен разрыв между окончанием открытой и началом подземной разработки, который составит по разным вариантам вскрытия и подготовки от 2 до 8 лет. Более позднее вскрытие принесет огромные убытки предприятию.

Проблема перехода на подземную разработку кимберлитового месторождения «Мир» стала актуальной давно. На различных этапах проектных работ рассматривались вопросы вскрытия месторождения, обоснования технологии его разработки, а также мероприятия по защите карьера и рудника от подземных вод.

Решения, предложенные в предшествующих научно-исследовательских и проектных работах, по тем или иным причинам не были приняты к практической реализации.

К настоящему времени на месторождении «Мир» сложилась критическая ситуация. На научные, проектные и изыскательские работы, строительство и ввод в эксплуатацию рудника в сроки, позволяющие обеспечить относительно плавный переход к подземной разработке, остается не более 4 лет.

Подход МГГУ к решению проблемы перехода на подземную разработку трубки «Мир» заключается в том, чтобы применить технологию, обеспечивающую безопасность горных работ и экономическую эффективность при кратчайших сроках разрыва между завершением открытой и началом подземной добычи руды.

Оценка геомеханической и гидрогеологической обстановки, проведенная МГГУ и другими организациями, показывает, что отказ от водоотлива из зоны месторождения (т.е. затопление карьера) возможен, если под дном карьера будет оставлен безвозвратно теряемый рудный целик толщиной не менее 85 м. Под его защитой разработка может вестись системами с закладкой.

Были рассмотрены также варианты технологии с закладкой выработанного пространства, которые позволили бы сократить параметры рудного целика с замещением его искусственным, обеспечивающим безопасное ведение горных работ при затоплении карьера. Необходимо отметить, что о какой-либо эффективности технологии с закладкой можно говорить только в случае затопления карьера. При этом некоторые специалисты предлагают оставлять части рудного целика толщиной 10-15 м.

По нашим оценкам естественный целик толщиной 10-15 м, площадью около 35 тыс.м2 не может обеспечить гидроизоляцию карьера от подземного рудника, поскольку при подработке целика и вызванной ею посадке толщи пород на закладочный массив в нем будут образованы вертикальные водопроводящие трещины.

При формировании закладочных массивов невозможно достичь сплошности среды. Закладочные массивы по структуре анизотропны, что предопределяется расслоением смеси в процессе закладочных работ. Помимо этого, на руднике «Мир» после заполнения выработанного пространства не будет сцепления (адгезии) между соленасыщенными вмещающими породами и закладкой. Соль будет растворяться и вымываться водой, отдаваемой закладкой в процессе твердения, и в связи с этим между искусственным и породным массивом будет образовываться водопроводящий канал. Это, впрочем, будет иметь место и без присутствия соли. Следует отметить, что закладка выработанного пространства от начала использования этой технологии до настоящего времени являлась инструментом управления горным давлением и никогда не использовалась как гидротехническое сооружение, препятствующее поступлению воды в рудник (в данном случае искусственный массив должен быть еще и водонепроницаемой перемычкой, выдерживающей давление около 30 атмосфер). К такого рода сооружениям предъявляются совсем другие требования как на стадии использования, так и на стадии строительства.

9.Порядок подготовительно - нарезных работ в системе разработке

Подготовительно-нарезные работы заключаются в проведении транспортного уклона предназначенного для доставки рабочего оборудования на подэтажи, рудоспусков, буро- доставочных ортов и погрузочных заездов, транспортных и отрезных штреков. Отличительными особенностями по сравнению с известным «шведским» вариантом, является дополнительная проходка между буро- доставочными ортами погрузочных заездов, используемых для выпуска руды по площади отбиваемого слоя и проветривания очистных забоев за счёт общешахтной депрессии.

Весь комплекс подготовительно-нарезных работ выполняется в пределах одного горизонта выпуска 1. На границе выемочного участка проходится доставочный орт 2, который сбивается с вентиляционным горизонтом 3 восстающим 4. Из доставочного орта 2 проходятся буро-доставочные штреки 5, разделяющие рудное тело на панели 6. Ширина панели при этом выбирается равной расстоянию между буро-доставочными штреками 5. Далее из доставочных штреков 5 под углом 45/60° проходятся погрузочные заезды 7 к центру отбиваемой секции 8. В качестве буровых выработок служат буро-доставочные штреки 5, из которых бурятся веера скважин 9.

Выпуск руды является важнейшим технологическим процессом, определяющим эффективность систем разработки с обрушением руды и вмещающих пород. Процесс выпуска руды вместе с подготовкой днищ блоков характеризуется высокой трудоемкостью, которая, в частности, на железных рудниках Сибири составляет более половины от общих затрат по системе разработки. От способа и организации выпуска руды зависят величины ее потерь и засорения, которые в лучшем случае составляют 10-45% и 25^35% соответственно, что значительно превышает аналогичные показатели в других системах разработки. Низкие показатели извлечения руды и большие объемы подготовительно-нарезных работ обусловлены вовлечением в процесс выпуска обрушенных пород, а также небольшой зоной влияния выпускных отверстий и, следовательно, небольшим объемом выпущенной через них руды. Решение проблемы повышения эффективности выпуска руды, и систем разработки в целом, заключается в развитии способов управления формированием потоков при выпуске руды на основе закономерностей ее истечения из очистного пространства.

Современное состояние теории выпуска руды ограничено изучением прямоточного истечения руды через плоское выпускное отверстие из фигур выпуска в форме эллипсоидов. Однако при гравитационном выпуске поток руды истекает на почву выработки под углом естественного откоса, изменяя направление своего движения, и формирование огибающего потока в таких условиях изучено недостаточно. Представление фигур выпуска в виде математически правильных, подобных эллипсоидов идеализирует процесс выпуска руды и в реальных условиях при решении технологических задач не всегда приемлемо.

Для разработки эффективных способов управления выпуском руды требуется адекватное описание этого процесса, включающее закономерности образования огибающих потоков, изменяющих направление движения. Для целенаправленного изменения направления движения потоков внутри очистного пространства, для управления их скоростью, размерами и формой следует использовать специально созданные элементы системы разработки -рудные целики и уступы. Выбор параметров этих элементов системы разработки должен обеспечивать их устойчивость в массиве отбитой руды для выполнения своих функций по управлению выпуском руды. Исследование напряженно-деформированного состояния, оценка прочности и устойчивости таких элементов систем разработки, находящихся в очистном пространстве, ранее не проводились.

Таким образом, изучение закономерностей формирования огибающих потоков и их использование для управления выпуском руды путем создания внутри очистного пространства специальных элементов систем разработки с геомеханически обоснованными параметрами, позволяющее снизить потери, засорение руды и объемы подготовительно-нарезных работ, является актуальной проблемой.

10.Технология очистных работ в блоке, с разбивкой на технологические процессы

На современных угольных (сланцевых) шахтах очистные работы -- комплекс процессов и операций: очистная выемка (разрушение полезной толщи с отделением полезных ископаемых от массива и навалкой его на транспортирующее устройство); доставка полезных ископаемых к транспортной выработке; перемещение в очистной выработке транспортного и выемочного оборудования; крепление горной выработки (очистной), управление горным давлением в очистной выработке.

На современных рудных шахтах очистные работы обычно включают: отбойку -- отделение руды от массива и дробление при этом на куски (очистную выемку на рудных шахтах считают синонимом очистных работ); доставку рудной массы до транспортной выработки; вторичное дробление руды, т.е. измельчение негабаритных кусков в выемочном блоке; иногда закладку или крепление очистного пространства. Кроме того, на шахтах осуществляют вентиляцию (см. Вентиляция шахты), водозащиту, осмотр и ремонт оборудования и др. Все процессы и операции, входящие в очистные работы, выполняют в определённом порядке, согласованном во времени и пространстве. Среди них выделяют основные и вспомогательные производственные процессы и операции, набор которых зависит в основном от применяемых средств механизации очистных работ.

Основные операции очистных работ в очистных выработках угольных (сланцевых и т.п.) шахтах обычно включают отделение полезного ископаемого от массива, погрузку его на конвейер и доставку к погрузочному пункту, передвижку конвейера, крепление забоя и управлению горным давлением, проведение ниш, мероприятия по снижению пылеобразования и газовыделения, погрузку на конвейер полезных ископаемых, отбиваемого при оформлении забоя, а также просыпающегося на почву при разрушении его выемочной машиной; в очистных выработках рудных шахт -- бурение и взрывание, доставку руды, закладку и крепление. Все остальные операции, выполняемые в очистной выработке, например доставку в забойоборудования и материалов, укладку пути, наращивание трубопроводов или уборку труб и др., относят к вспомогательным. Выполняют их чаще всего совместно с основными работами. Определённая специфика отличает содержание и характер выполнения очистных работ при шахтной гидродобыче. На основные производственные операции в среднем приходится до 80% общих затрат по очистным работам.

В зависимости от порядка разрушения горного массива, включающего полезные толщи, очистная выемка бывает совместной (валовая выемка) или селективной (раздельной) выемкой. По конфигурации линии очистного забоя различают потолкоуступную выемку, почвоуступную выемку, слоевую выемку и сплошную (см. Сплошные системы разработки).

По способу разрушения горного массива выделяют очистную выемку (отбойку): механическую (комбайновую; см. Добычный комбайн), буровзрывную (см. Буровзрывные работы) и струговую (см. Струговая выемка). Кроме того, в меньших объёмах применяют гидравлическую, механогидравлическую (см. Механогидравлическая выемка), взрывогидравлическую (см. Взрывогидравлическая отбойка) и выемку, выполняемую отбойными молотками. Реализуются эти работы в очистном забое на основе цикличной и поточной организаций труда (см.Цикличная технология и Поточная технология).

Планируемый порядок очистных работ на практике для удобства пользования выражается в виде координатных графиков (и таблиц), наглядно изображающих во времени протекание процессов в очистной выработке, -- планограммы очистных работ, графика выходов рабочих, таблицы технико-экономических показателей. На планограмме работ изображают все основные производственные процессы, выполняемые в забое, их взаимную увязку во времени и пространстве и последовательность (рис. 1).

Рис.2

На графике выходов приводится число рабочих (по профессиям), необходимых для выполнения цикла работ, распределение их по сменам и время пребывания на работе (рис. 2). В таблице технико-экономических показателей даются проектируемые результаты организации очистных работ.

С целью более эффективного использования горной техники и оптимизации режимов её работы при переходе на оптимальные параметры способов подготовки и рациональные системы разработки составлены и применяются на шахтах типовые технологические схемы очистных работ. Дальнейшее повышение уровня концентрации и интенсификации очистных работ будет происходить за счёт совершенствования горной техники и систем разработки, развития комплексной механизации и автоматизации производственных процессов, широкого распространения на шахтах передовых методов ведения работ.

11.Состав вспомогательных процессов на очистных работах

В очистном забое при узкозахватной выемке, как правило, применяют поточные технологии, при которых происходит совмещение во времени основных и вспомогательных процессов, без технологических перерывов. Основные процессы - это процессы, в результате выполнения которых происходит подвигание забоя на определенную величину. К ним относятся: отделение угля от массива- работа комбайна, погрузка угля на конвейер и доставка его к погрузочному пункту, передвижка конвейера, крепление забоя и управление горным давлением. Вспомогательные операции - это операции, которые обеспечивают выполнение основных. К ним относятся: оформление верхнего и нижнего сопряжений, замена зубков на шнеках, зачистка почвы комбайном, мероприятия по борьбе с газом и пылью и др. Совокупность основных и вспомогательных процессов, выполняемых в определенном порядке и обеспечивающих, установленную паспортом величину подвигания забоя - называется циклом очистного забоя.

При ведении горных работ в местах интенсивного пылеобразования (разгрузочные, погрузочные камеры, дозаторные) предусматривается установка пыле отсасывающих систем, подавление пыли с помощью воды.

В днищах выемочных блоков предусмотрено создание из твердеющей закладки временных предохранительных целиков, обеспечивающих безопасность ведения очистных работ в блоках нижерасположенных горизонтов.

На рабочих горизонтах предусмотрено устройство противопожарных дверей, противопожарных складов, оборудованных соответственно нормам.

Горные работы должны вестись в соответствии с принятой проектом технологией выемки руды и проходки выработок, с соблюдением требований нормативных документов.

Как известно, для поточного метода характерно полное совмещение основных и вспомогательных процессов в течение рабочей смены. На шахте удается использовать элементы поточной технологии за счет частичного совмещения основных и вспомогательных процессов при применении механизированных очистных и проходческих комплексов, узкозахватных комбайнов и струговых установок. Такая организация называется прерывно-поточной (циклично-поточной). При данной организации очистных работ нет жесткой связи между количеством циклов и выделением ремонтной смены, которая может выполняться по необходимости после различного числа циклов.

Процессы очистных работ. Состав производственных процессов очистной выемки; процессы: основные, вспомогательные и обеспечения, Взаимосвязь производственных процессов, их удельное значение в себестоимости очистных работ. Структура материальных и трудовых затрат.

12.Меры безопасности при производстве очистных работ в блоке

Горные работы на руднике предусматривается производить в соответствии с действующей отраслевой нормативно-технической документацией: правилами безопасности и технической эксплуатации, инструкциями на выполнение отдельных видов работ, нормами и правилами, руководствами, методическими указаниями, рекомендациями и др.

Зарядку шнуров и скважин предусматривается осуществлять зарядчиками типа Ульба-С 1 А, Ульба-400, ЗП -25.ЗГТ -5, ЗП -2;доставку ВМ в забой -специальной машиной.

Массовые взрывы в камерах блоков предусматривается производить в конце рабочей недели: взрывы в проходческих и слоевых очистных забоях - в конце рабочей смены. В принятых конструкциях систем разработки с бетонной закладкой часть запасов руды блоков предусматривается отрабатывать в условиях одностороннего и двухстороннего контакта с закладкой. Для безопасной и эффективной отработки запасов руды камер при одностороннем контакте с закладкой предусматривается:

-проходку бурового орта, как правило, производить на границе рудного закладочного массива;

-временное оставление рудной корки мощностью 1,5 - 2,0 метра на контакте с закладкой;

-ограничение одновременно взрываемого количества ВВ.

Список использованной литературы

1. Шехурдин В.К., Несмотряев В.И., Федоренко П.И. Горное дело. М.: Недра, 1987. - 440с.

2. Советов Г.А., Жабин Н.И. Основы бурения и горного дела. М.: Недра, 1991. - 368с.

3. Грабчак Л.Г., Брылов С.А., Комащенко В.И. Проведение горно-разведочных выработок и основы разработки месторождений полезных ископаемых. М.: Недра, 1988. - 566с.

4. Основы горного дела. Егоров П.В., Бобер Е.А., Кузнецов Ю.М., и др. Издательство Московского государственного горного университета.2000 г. 408с.

5. Мельников Н.И. Проведения и крепление горных выработок. Недра 1988г. 336с.

6. Справочник по горному делу. Под редакцией В.А. Гребенюка, Я.С. Пыжьянова, И.Е. Ерофеева. Недра 1983г. 816с.

7. Агошков М.И., Малахов Г.М. Подземная разработка рудных месторождений М.: Недра, 1966. -- 664 с.

8. Процессы подземных горных работ. В.Р.Именитов. Издательство М., «Недра» 1978. 528с.