Системы разработки с естественным поддержанием очистного пространства (I класс по проф. В.Р. Именитову)
Общая характеристика
Очистная выемка при этих системах заключается только в отбойке и доставке руды, а также при необходимости вторичного дробления руды.
Очистное пространство может быть открытым или заполненным отбитой рудой, оно поддерживается за счёт естественной устойчивости руды и вмещающих пород, а при системах с магазинированием руды так же и за счёт подпора боков очистного пространства замагазинированной рудой.
Применяются эти системы главным образом при устойчивой руде и при устойчивых вмещающих горных породах. В случае применения этих систем при слабой устойчивости боковых пород рудная залежь должна быть мощной, а со стороны слабых горных пород должна оставляться рудная корка мощностью 1-3м (если эта руда теряется безвозвратно) или 5-8м (если предполагается её отрабатывать в последующем вместе с другими целиками).
Системы этого класса характеризуются сравнительно высокой производительностью труда, низкими трудовыми затратами, но в то же время, если не предусматривается отработка целиков, то возникают значительные потери руды. Системы этого класса нашли широкое применение при отработке руд средней ценности, применяются они и для отработки богатых руд, но при этом обязательно предусматривается отработка целиков. Широко применяются системы с естественным поддержанием очистного пространства при отработке калийной соли (90%), бокситов (алюминий). Применяются они и для отработки медных руд, железных.
В связи с общим понижением горных работ, в целом, удельный вес этих систем снижается, так как приходится оставлять большие объёмы руды в целиках.
В этот класс входят следующие системы:
1.сплошная;
2.камерно-столбовая;
3.этажно-камерная;
4.камерная с подэтажной отбойкой;
5.с отбойкой из магазина;
6.потолкоуступная с простой распорной крепью.
Сплошная система разработки
Основной выемочной единицей при этой системе является панель.
Сущность системы заключается в сплошной отработке панели без разделения на блоки. Очистное пространство панелей поддерживается с 4-х сторон панельными (барьерными) целиками, а кровля – изолированными столбообразными целиками, которые оставляют в очистном пространстве.
Условия применения следующие:
- руды и породы устойчивые;
- мощность рудного тела 1-20(25)м;
- угол падения залежи 0-10о – при применении самоходного оборудования, до 35о – при применении переносного оборудования;
- ценность руды средняя из-за больших потерь в целиках, которые, как правило, не извлекаются;
- содержание полезного компонента в руде должно быть примерно постоянным.
Сплошные системы разработки включают несколько вариантов , которые различаются способом подготовки. Так, при углах падания от 20о до 35о шахтное поле по падению разделяют на этажи и откаточные штреки проводят по рудному телу (рис.1)
При углах падения до 20о разработка безэтажная, а подготовка либо полевая, либо по руде (рис.2).
Различаются варианты и способом доставки руды (скреперная доставка, самоходное оборудование, конвейерами).
В зависимости от мощности рудного тела возможны следующие варианты сплошной системы разработки:
а) мощность рудного тела не более 3м. При этом варианте система разработки характеризуется тем, что применение самоходного оборудования технически затруднительно и экономически не целесообразно. Поэтому при такой мощности и углах падения до 35о применяют вариант с переносным оборудованием (скреперная доставка). Откатка руды рельсовая. При горизонтальном залегании рудного тела вагоны подают непосредственно в очистное пространство и загружают скрепером через полок.
Вариант сплошной системы разработки с этажной подготовкой. Этот вариант применяют при отработке рудных тел мощностью 1-3,5м, редко до 4м и углом падения до 30о (35о).
1. откаточный штрек
2. вентиляционный штрек
3. подсечной штрек
4. дучки
5. ниша для скреперной лебёдки
6. скреперная установка
7. разрезной восстающий
8. крепь
9. сбойка
10. вентиляционная перемычка
11. целики
Подготовительные работы.
Подготовительные работы заключаются в проведении этажных штреков 1, 2, которыми месторождение делят на этажи. Наклонная высота этажа до 50м. Она ограничивается эффективной длиной скреперной доставки; чем больше мощность скреперной лебёдки, тем больше принимается наклонная высота этажа.
Этаж делится на блоки, размер которых по простиранию определяется размерами рудных тел и необходимой интенсивностью разработки месторождения. На практике длина блоков не превышает 100м.
Выше откаточного горизонта на 4-6м проводят штрек подсечки 3, который сбивается с откаточным горизонтом дучками 4. На против каждой дучки или через одну создают ниши 5 для установки скреперной лебёдки 6.
На фланге выемочного блока проводят разрезной восстающий 7.
Очистные работы.
Очистные работы в блоке начинают с расширения разрезного восстающего 7. Отбойка руды мелко-шпуровая, dшп=40-46мм, Lшп=2м, располагают порядно, бурят шпуры ручными перфораторами либо, при мощности 3-3,5м, колонковыми перфораторами. В качестве ВВ применяют патронированное ВВ, либо при больших объёмах используется гранулированное ВВ, взрывание электрическое (электороогневое, СИНВШ).
Доставка руды.
Доставка руды осуществляется скреперными установками мощностью 30-50 кВт, чаще всего применяют 2-х барабанные скреперные лебёдки (2ЛС-30).
Если ниши под скреперные лебёдки пройдены напротив каждой дучки, то расстояние между ними увеличивают и применяют 3-х барабанные скреперные лебёдки.
Управление горным давлением.
Управление горным давлением осуществляется за счёт регулярного или нерегулярного оставления внутризабойных целиков. Регулярное оставление целиков осуществляется при недостаточно устойчивых рудах и породах, при равномерном распределении полезного компонента в залежи, когда ценность руды средняя или ниже средней. Нерегулярное – при устойчивых покрывающих породах и рудах и при неравномерном расположении полезного компонента. В случае если при нерегулярном оставлении целиков пролёты обнажения получаются достаточно большими, то для поддержания пород кровли дополнительно применяют крепь 8 (костровая, кустовая крепь). Кроме того, при сплошной системе разработки во всех случаях проводят работы по приведению кровли в безопасное состояние и креплению её штанговой крепью.
Проветривание.
Проветривание осуществляется за счёт общешахтной депрессии. Свежий воздух с откаточного горизонта через дучку, опережающую забой, попадает в выработанное пространство, омывает забой и через сбойку 9 выбрасывается на вентиляционный горизонт 2. В отработанных дучках устанавливают вентиляционные перемычки 10.
Достоинства варианта:
- простота конструкции;
- малый объём ПНР;
- малая себестоимость добычи, т.к. нет больших затрат на крепление;
- оборудование сравнительно небольшой стоимости.
Недостатки:
- высокие потери руды в целиках;
- большая доля ручного труда;
- тяжёлые условия работы бурильщиков.
Основные условия безопасной работы:
1. Регулярное приведение кровли очистного забоя в безопасное состояние;
2. Движение людей по выработанному пространству должно осуществляться вдоль линии целиков и вдоль линии очистного забоя. При необходимости эти места должны быть снабжены трапами и освещены.
Технико-экономические показатели
Производительность забоя 30-60 т/смен, 4-12 тыс. т/мес.
Коэффициент ПНР 1-2 м/1000т.
Потери руды 12-15%.
Разубоживание 5%.
б) При мощности рудного тела более 3м.
Такая мощность позволяет применять самоходное оборудование. Для бурения шпуров применяют самоходные буровые каретки (бурильные установки). Для бурения скважин – станки Симба, Соло, ПБУ-80м, 2БУ-80С и др.
Для погрузки руды в транспортные средства применяются: ковшовые погрузчики, погрузные машины типа ПНБ, подземные экскаваторы.
Для доставки и транспорта руды применяют автосамосвалы МоАЗ, самоходные электрические и дизельные вагоны. Широко используются ковшовые ПДМ. В зависимости от мощности рудного тела при применении самоходного оборудования рудное тело отрабатывается либо сразу на всю мощность, либо с разделением на слои.
Вариант сплошной системы разработки с однослойной выемкой и применением самоходного оборудования при мощности залежи до 8м.
1- транспортный штрек
2- панельный штрек
3- вентиляционный панельный штрек
4- панельный (барьерный) целик
5- самоходная буровая установка
6- ПДМ
7- Каретка для крепления кровли
8- Заезды в панель
9- Разрезной штрек
10- Рудоспуск
11- Откаточный штрек
12- Вентиляционная перемычка
Условия применения.
Месторождение пологое до 10о, мощность 3-8м, руды и вмещающие породы устойчивые.
Сущность системы заключается в отработке панели сплошным забоем и поддержании очистного пространства в пределах панели регулярно оставляемыми целиками
Подготовка.
Подготовка заключается в проведении полевых откаточных штреков через 300-400м. Выше откаточных штреков со смещением, так же через 300-400м, проводят транспортные штреки 1, из транспортных штреков через 150-200м проводят панельные штреки 2. Для перепуска руды с транспортного штрека на откаточный горизонт проводят рудоспуски 10 через 150-200м. Для проветривания панели проходят вентиляционный штрек 3.
Нарезные работы.
Нарезные работы заключаются в проведении из панельных штреков через 40-50м заездов 8 в панель и разрезного штрека 9.
Очистная выемка.
Начинается непосредственно с расширения разрезного штрека 9 в обе стороны. Отбойка руды производится шпурами пробуренными с помощью буровой самоходной каретки, глубина шпуров 2-4,5м и зависит от типа буровой каретки. Погрузка и доставка руды производится самоходным оборудованием, при расстоянии доставки до 200-300м целесообразно применять ковшовые ПДМ. При большем расстоянии доставки необходимо применять комплексы включающие погрузочные машины и автосамосвалы. На зачистке почвы и транспортных выработок используются либо ковшовые ПДМ, либо бульдозеры.
Управление горным давлением.
Осуществляется поддержанием выработанного пространства панельными целиками и столбообразными внутри панели. Поддержание кровли между целиками производят штанговой крепью длиной 1,8-2,5м, расстояние между штангами 1-2м. Штанги устанавливают с самоходных площадок с которых, также производится осмотр и оборка кровли.
Проветривание.
Производится за счёт общешахтной депрессии, свежий воздух с транспортного штрека через панельные штреки и заезды поступает в забой, омывает его и по вентиляционному штреку 3 выбрасывается на сборный вентиляционный штрек.
Параметры системы.
Ширина панели определяется из условия минимальных суммарных затрат на доставку руды и проведение подготовительных выработок и принимается в пределах 150-200м, редко до 300м. Размеры целиков устанавливаются из условия их прочности, панельные целики оставляют шириной от 10-15м до 30-40м - при большой глубине разработке и большой мощности. Расстояние между опорными целиками 8-20м, диаметр целиков 3-6м – при высоте их до 12-15м, и 8-10м – при большей мощности.
в) при мощности рудного тела более 8м.
Основные параметры системы разработки сохраняются, лишь увеличиваются размеры барьерных и столбообразных целиков в соответствии с высотой и глубиной разработки.
При мощности более 8м очистная выемка осуществляется в 2 слоя.
По сравнению с предыдущим вариантом особенности сплошной системы разработки в 2 слоя: 1-ым отрабатывается верхний слой, для этого все рудные выработки проходят на уровне почвы верхнего слоя. Отработка верхнего слоя аналогична предыдущему варианту. С отставанием в 40-50м начинают выемку нижнего слоя. Начинается она с проведения наклонных съездов от первой пары заездов в панель до уровня почвы залежи. Эти съезды соединяют между собой, затем фронт очистной выемки нижнего слоя перемещается по всей ширине панели. Доставка руды с нижнего слоя осуществляется следующим образом: транспортная машина из забоя по наклонному съезду поднимается до уровня верхнего слоя и по панельному штреку следует до рудоспуска. Крепление кровли производится при отработке верхнего слоя. Для оборки кровли и восстановления штанговой крепи применяются самоходные полки.
Технико-экономические показатели сплошной системы разработки при отработке рудных тел различной мощности.
| Показатели | Мощность рудного тела, м | ||
| 3 - 6 | 6 - 8 | 8 - 16 | |
| 1.Объём ПНР, м3/1000т | 24-27 | 20-25 | 16-24 |
| 2.Производительность труда забойного рабочего, т/смен | 40-60 | 50-70 | 60-75 |
| 3.Потери руды, % | |||
| 4.Разубоживание,% | |||
| 5.Производительность панели, тыс.т/год | 200-300 | 300-350 | 400-450 |