Общая характеристика систем с обрушением руды и вмещающих пород

Системы разработки

Системы разработки с обрушением руды и вмещающих пород (без поддержания выработанного пространства)

При классификации проф. В.Р. Именитова II класс включает 2 группы систем:

- группа А системы этажного обрушения:

1. этажное принудительное обрушение со сплошной выемкой;

2. этажное принудительное обрушение с компенсационными камерами;

3. этажное самообрушение;

- группа Б системы подэтажного обрушения:

4. подэтажное обрушение с торцевым выпуском руды;

5. подэтажное обрушение с донным выпуском руды.

Системы этажного обрушения

Общая характеристика.

Сущность систем этажного обрушения состоит в обрушении руды скважинами или сосредоточенными зарядами на всю высоту этажа. Выпуск руды идёт в основании блока. По мере выпуска руды обрушаются вмещающие породы и заполняют выработанное пространство, при этом все системы разработки данной группы можно отнести к одной из следующих схем отработки:

1. со сплошной выемкой, когда блок отрабатывают частями по его длине, причём выпуск руды может быть донный (-а) или торцевой (-б)

2. схема с компенсационными камерами. В этом случае примерно 1/3 блока вынимается камерами, а остальные запасы взрывают за один приём.

Условия применения:

- залежь должна быть мощной, так как при малой мощности и пологом падении необходимо проводить полевую подготовку блока, что не всегда экономически выгодно. Если же залежь будет крутопадающей, но незначительной мощности, то при устойчивых породах целесообразно применять камерную систему разработки, которая даст более высокие показатели извлечения, а при неустойчивых горных породах выгоднее применять системы подэтажного обрушения, чтобы меньше засорять руду;

- угол падения залежи практически может быть любой, однако при пологом и наклонном падении необходимо проводить дополнительные полевые выработки для выпуска и доставки руды;

- глубина разработки ограничивается 700-1000м. При этой глубине обрушение висячего бока намного отстаёт от выемки, что вызывает горные удары, породные взрывы, особенно при пологом и наклонном падении.

Зона возможного обрушения пород на поверхности должна быть ограждена.

Параметры системы этажного принудительного обрушения.

Высота блока обычно равна высоте этажа и составляет при крутом падении залежи 70-80м, а при недостаточно крутом падении и неправильной форме залегания рудного тела 45-60м. При пологих и горизонтальных залежах высота блока обычно ограничивается мощностью рудного тела.

Длина блоков определяется в зависимости от мощности залежи и применяемого оборудования на доставке руды. Если мощность при крутом падении не превышает 50-60 м, то длина блока принимается равной мощности рудного тела.

Так длина блока при скреперной доставке с двухсторонним скреперованием равна 50-60м, и при одностороннем 20-30м. При мощности рудного тела более 60м блоки будут располагаться в 2-3 ряда. При применении самоходного оборудования длина блока равна расстоянию между рудоспусками, куда доставляется руда из блока и Lбл=120-150м - для машин среднего типа, Lбл=150-200м - для большегрузных машин.

В каждом случае длина блока рассчитывается и оптимизируется по минимуму суммарных затрат на проведение выработок и затрат на доставку. Чем меньше размер блока, тем выше производительность оборудования и меньше затраты на доставку, но чаще приходится проводить рудоспуски.

Ширина блока обычно равна мощности залежи при крутом и наклонном падении, но не более 60-80 м.

При большом горном давлении и не особенно крепкой руде ширина блока не должна превышать 40-50 м, потому что чем больше будет ширина блока, тем сильнее сказывается горное давление на выработки днища блока.

Связь между шириной блока и горным давлением на выработки днища блока объясняется двояко:

1. В отбитой руде над выработками днища блока образуется свод естественного равновесия

Вес руды и пород заключенный в этом своде равновесия давит на днище блока.

Чем шире блок, тем больше размер свода (его высота). Следовательно, на единицу площади блока будет оказываться большее давление.

2. Академик Г. М. Малахов считает, что часть веса руды и пород, которые опускаются при выпуске руды, передается за счет сил трения и зацепления окружающему массиву и уплотнившимся обрушенным породам отработанных соседних блоков. В связи с этим у границ блока создается зона, в которой давление на днище снижается. Со стороны массива эта зона идет под углом α=17⁰ (при средней крепости руд) и около β=7⁰ – со стороны уплотнившихся пород.

Нужно чтобы днище блока находилось в пределах зон ослабленного давления. Т.е ширина блока

Bбл ≤ Нэ*tgα + Нэ*tgβ

Bбл ≤ Нэ*(tgα + tgβ)

При α=17⁰ и β=7⁰ получим Bбл =0,5* Нэ, где Нэ - высота блока.

Порядок отработки блоков в этаже при системах этажного обрушения.

При отработке этажа системой с обрушением руды и вмещающих горных пород необходимо, чтобы как можно меньше блоков граничило с обеих сторон с обрушенными горными породами.

С этой целью этаж делится на выемочные поля приблизительно одинакового размера и каждое выемочное поле, состоящее из нескольких блоков, отрабатывается от центра к флангам. Такой порядок отработки выемочного поля позволяет:

- иметь в одновременной отработке 2 действующих блока;

- только лишь блоки на флангах выемочных полей будут иметь по 2 контакта с обрушенными породами.

При такой отработке выемочных полей (2 блока отрабатываются одновременно в выемочном поле) число выемочных полей для обеспечения производительности шахты:

Nвп =n_об/2,

где n_об - число выемочных блоков обеспечивающих производительность шахты.

При значительной мощности рудного тела (при крутом и наклонном падении) рудную залежь необходимо по мощности разбить на несколько рядов блоков. При этом следует учитывать, что при отработке крутопадающих залежей в 1-ую очередь должны отрабатываться блоки расположенные у лежачего бока, чтобы уменьшить потери и разубоживание руды.

Вариант системы подэтажного обрушения с торцевым выпуском руды при отработке крутопадающего рудного тела мощность до 30м

В этом случае панели располагают по простиранию рудного тела. Число панелей на подэтаже будет зависеть от мощности рудного тела: при мощности рудного тела 10м будет 1 панель на подэтаже, 20м – 2 панели, 30м – 3 панели.

Технико-экономическая характеристика.

По сравнению с донным выпуском варианты подэтажного обрушения с торцевым выпуском имеет меньшую трудоёмкость по подготовительно-нарезным работам 2-3 пм/1000т по сравнению с 5-9 пм/1000т (донный). Благоприятные условия для применения высокопроизводительного самоходного оборудования. Однако при торцевом выпуске наблюдаются значительные потери и разубоживание руды.

При выборе варианта подэтажного обрушения следует отдавать предпочтение торцевому выпуску перед донным во всех случаях, за исключением наличия неустойчивых руд, т.к. при торцевом выпуске необходимо проходить выработки большого сечения без крепления.

Выемка целиков

При применении систем разработки с искусственным поддержанием очистного пространства значительная часть руды остаётся в целиках. Иногда эти запасы достигают 40-50%. Целики необходимо отрабатывать сразу вслед за отработкой камер, т.к. накопление большого количества неотработанных целиков увеличивает фронт горных работ, целики при длительном стоянии начинают деформироваться, что затрудняет их выемку, снижается безопасность ведения работ.

Различают следующие методы выемки целиков:

I. выемка целиков с обрушением руды и вмещающих пород:

1. выемка целиков при открытых камерах;

2. выемка целиков при замагазинированных камерах;

3. выемка целиков при обрушенных камерах.

II. выемка целиков с искусственным поддержанием очистного пространства:

1. выемка целиков при камерах заполненных твердеющей закладкой;

2. выемка целиков при камерах заполненных сыпучей закладкой.

Выемка целиков при открытых камерах.

Открытые камеры (отработанные) перед выемкой целиков ничем не заполнены.

Сущность.

Обрушают сразу один или несколько междукамерных целиков и поддерживаемый ими участок междуэтажного целика. Выпускают руду под обрушенными породами. Система разработки блока напоминает систему этажного принудительного обрушения на вертикальные компенсационные камеры.

Массовое обрушение целиков при открытых камерах может применяться при следующих системах разработки: этажно-камерная, системы подэтажных штреков и ортов, с отбойкой руды из магазина. Применяется этот метод при следующих условиях:

v малая и средняя ценность руды;

v руда не должна слёживаться;

v должно допускаться обрушение земной поверхности.

При определении показателей извлечения по блоку при камерных системах разработки, при указанной системе разработки, нормативные потери принимаются следующие:

1. потери при отработке междукамерных целиков П=35-46%; разубоживание R=12-14%;

2. при выемке днища и потолочины нормативные потери П=42-47%, а R=12%.

Выемка руды при замагазинированных камерах.

Сущность.

Производится одновременный выпуск руды замагазинированной в камерах и обрушенной из целиков. Применяется этот метод редко, в основном при неустойчивых боковых породах, когда нельзя оставлять камеры открытыми во избежании обрушения целиков.

Выемка целиков при обрушенных камерах.

Под обрушенными камерами понимается заполнение их обрушенными вмещающими породами. В этом случае потолочину камер и междуэтажных целиков обрушают скважинами или сосредоточенными зарядами. Взорванную руду выпускают под обрушенными породами. По иерее выпуска руды камера заполняется обрушенными породами.

Отработка целиков при этом методе ведут подэтажным или этажным обрушением. Подэтажное обрушение применяют с донным или торцевым.

Подэтажное обрушение следует применять при рудах склонных к слёживанию и при недостаточно крутом падении залежи.

Выбор системы разработки

Общие требования к системе разработки:

1. система разработки должна обеспечить безопасность работ;

2. высокую производительность труда забойных рабочих и низкую стоимость подготовки и очистной выемки;

3. должна обеспечить достаточную интенсивность отработки запасов шахтного поля и заданную производительность шахты;

4. минимальные потери и разубоживание руды;

5. благоприятные условия для охраны труда и безаварийной работы предприятий (проветривание, невысокое пылеобразование и.т.д.);

6. благоприятные условия для механизации труда.

На выбор системы разработки оказывает влияние множество горно-геологических и горно-технических факторов. Факторы разделены на 2 группы:

1). постоянные факторы – те, которые учитываются во всех случаях при выборе системы разработки:

- мощность рудного тела;

- угол падения рудного тела;

- устойчивость руды;

- устойчивость вмещающих пород;

2). переменные факторы – те, которые ограничивают применение тех или иных систем разработки в конкретных случаях:

- склонность руды к самовозгоранию;

- склонность руды к слёживанию;

- необходимость сохранения земной поверхности;

- наличие в рудном теле пустых пород или забалансовых руд;

- характер контактов залежи;

- большая глубина разработки;

- ценность руды и т.д.

Порядок выбора системы разработки.

Вначале определяют конкурентоспособные варианты по постоянным и переменным факторам, при этом используют метод исключения.

Сущность метода исключения: рассматриваются возможности применения на данном месторождении всех существующих систем разработки по принятой классификации, и исключают те системы разработки, которые не пригодны по рассматриваемым факторам.

Рассмотрение тех или иных систем разработки, их применение удобно производить в форме таблицы.

Может оказаться, что в конкретных горно-геологических условиях технически приемлемо несколько вариантов систем разработки, то в этом случае необходимо провести детальное технико-экономическое сравнение возможных к применению систем разработки и выбрать наиболее рациональную систему.

Системы разработки

Системы разработки с обрушением руды и вмещающих пород (без поддержания выработанного пространства)

При классификации проф. В.Р. Именитова II класс включает 2 группы систем:

- группа А системы этажного обрушения:

1. этажное принудительное обрушение со сплошной выемкой;

2. этажное принудительное обрушение с компенсационными камерами;

3. этажное самообрушение;

- группа Б системы подэтажного обрушения:

4. подэтажное обрушение с торцевым выпуском руды;

5. подэтажное обрушение с донным выпуском руды.

Общая характеристика систем с обрушением руды и вмещающих пород

Системы этого класса широко применяются в подземной разработке. 90% железных руд отрабатываются этими системами. Широко применяются эти системы и на рудниках цветной металлургии, при отработке мощных месторождений.

Отличительной особенностью систем этого класса является то, что выработанное пространство не поддерживается ни в период выемки основных запасов блока, ни в последующем.

Применяют системы с обрушением руды и вмещающих пород в мощных месторождениях, а при крутом падении (когда можно обеспечить большую высоту блока) и в рудных телах средней мощности.

Отбойка руды чаще всего скважинная, иногда сосредоточенными зарядами, а при соответствующих горно-геологических условиях это самообрушение.

Доставка по очистному пространству осуществляется: под силой собственного веса с последующим применением самоходного оборудования; самотёчная доставка через рудоспуски; скреперная доставка; ВДПУ.

В соответствии с применяемым на выпуске и доставке оборудованием будет изменяться и конструкция днища блока.

По мере выпуска руды из блока выработанное пространство заполняется обрушенными породами, в результате 70% руды выпускается под налегающими обрушенными породами.

Особенности обрушения вмещающих пород при системах с массовым обрушением

При системах с обрушением руды и вмещающих пород выработанное пространство должно быть заполнено обрушенными породами или некондиционными рудами.

При отработке крутопадающих залежей, в выработанное пространство могут обрушаться породы висячего блока, породы покрывающие месторождение, а также породы лежачего бока при очень крутом падении:

а) так при наличии слабых пород в висячем боку, когда рудное тело не выходит на поверхность и не располагается вблизи земной поверхности, эти породы обрушаются и заполняют выработанное пространство.

б) в случае, когда крутопадающее рудное тело выходит непосредственно к слабым покрывающим породам, а породы висячего бока устойчивые или средней устойчивости, то выработанное пространство заполняют покрывающие породы, которые опускаются вслед за выпускаемой рудой, а породы висячего и лежачего боков обрушаются с отставанием на 1-2 этажа.

в) при отработке слепых залежей, при слабой и средней устойчивости вмещающих пород, выработанное пространство заполняется породами и висячего и лежачего боков.

г) в случае, когда вмещающие породы устойчивые и сами обрушаться не могут необходимо принудительно обрушать вмещающие породы и таким образом создавать так называемую породную подушку на днище блока.

Предохранительная породная подушка необходима для предотвращения воздушных ударов и разрушения выработок днища при внезапном обрушении пород подработанных на значительной площади. Её толщина зависит от гранулометрического состава обрушенных пород, от способности пород кровли обрушаться. Так, если породы висячего бока имеют пониженную устойчивость и можно рассчитывать на их постепенное обрушение, то толщина породной подушки должна составлять 15-20 м. При крепких породах висячего бока возможно обрушение больших масс породы. В этом случае толщина породной подушки должна составлять не менее 50 м.

При отработке пологих и наклонных залежей системами с массовым обрушением в выработанное пространство могут обрушаться только породы кровли и, следовательно, необходимо управлять их обрушением для образования породной подушки на днище отработанного блока. Образование породной подушки может быть как естественным, так и принудительным. При слабой и средней устойчивости пород кровли эти породы постепенно обрушаются сами в период выпуска руды из блока и тем самым создаётся породная подушка:

а) при слабой и средней устойчивости пород кровли;

б) при наличии в кровле устойчивых пород необходимо производить их принудительное обрушение по всей площади взрываемого блока минными соссредоточенными зарядами, либо скважинами;

в) при наличии в кровле прослоя устойчивых пород выше которых находятся слабые породы, достаточно обрезать взрывом прослой крепких пород по границе блока;

г) при наличии в кровле крепких пород с вертикальной трещиноватостью породную подушку целесообразно создавать путём взрывания одного яруса зарядов на высоте необходимой для создания породной подушки;

д) возможна опережающая выемка верхнего слоя рудного тела, которая в дальнейшем вызовет самообрушение пород кровли.

Системы этажного обрушения

Общая характеристика.

Сущность систем этажного обрушения состоит в обрушении руды скважинами или сосредоточенными зарядами на всю высоту этажа. Выпуск руды идёт в основании блока. По мере выпуска руды обрушаются вмещающие породы и заполняют выработанное пространство, при этом все системы разработки данной группы можно отнести к одной из следующих схем отработки:

1. со сплошной выемкой, когда блок отрабатывают частями по его длине, причём выпуск руды может быть донный (-а) или торцевой (-б)

2. схема с компенсационными камерами. В этом случае примерно 1/3 блока вынимается камерами, а остальные запасы взрывают за один приём.

Условия применения:

- залежь должна быть мощной, так как при малой мощности и пологом падении необходимо проводить полевую подготовку блока, что не всегда экономически выгодно. Если же залежь будет крутопадающей, но незначительной мощности, то при устойчивых породах целесообразно применять камерную систему разработки, которая даст более высокие показатели извлечения, а при неустойчивых горных породах выгоднее применять системы подэтажного обрушения, чтобы меньше засорять руду;

- угол падения залежи практически может быть любой, однако при пологом и наклонном падении необходимо проводить дополнительные полевые выработки для выпуска и доставки руды;

- глубина разработки ограничивается 700-1000м. При этой глубине обрушение висячего бока намного отстаёт от выемки, что вызывает горные удары, породные взрывы, особенно при пологом и наклонном падении.

Зона возможного обрушения пород на поверхности должна быть ограждена.

Параметры системы этажного принудительного обрушения.

Высота блока обычно равна высоте этажа и составляет при крутом падении залежи 70-80м, а при недостаточно крутом падении и неправильной форме залегания рудного тела 45-60м. При пологих и горизонтальных залежах высота блока обычно ограничивается мощностью рудного тела.

Длина блоков определяется в зависимости от мощности залежи и применяемого оборудования на доставке руды. Если мощность при крутом падении не превышает 50-60 м, то длина блока принимается равной мощности рудного тела.

Так длина блока при скреперной доставке с двухсторонним скреперованием равна 50-60м, и при одностороннем 20-30м. При мощности рудного тела более 60м блоки будут располагаться в 2-3 ряда. При применении самоходного оборудования длина блока равна расстоянию между рудоспусками, куда доставляется руда из блока и Lбл=120-150м - для машин среднего типа, Lбл=150-200м - для большегрузных машин.

В каждом случае длина блока рассчитывается и оптимизируется по минимуму суммарных затрат на проведение выработок и затрат на доставку. Чем меньше размер блока, тем выше производительность оборудования и меньше затраты на доставку, но чаще приходится проводить рудоспуски.

Ширина блока обычно равна мощности залежи при крутом и наклонном падении, но не более 60-80 м.

При большом горном давлении и не особенно крепкой руде ширина блока не должна превышать 40-50 м, потому что чем больше будет ширина блока, тем сильнее сказывается горное давление на выработки днища блока.

Связь между шириной блока и горным давлением на выработки днища блока объясняется двояко:

1. В отбитой руде над выработками днища блока образуется свод естественного равновесия

Вес руды и пород заключенный в этом своде равновесия давит на днище блока.

Чем шире блок, тем больше размер свода (его высота). Следовательно, на единицу площади блока будет оказываться большее давление.

2. Академик Г. М. Малахов считает, что часть веса руды и пород, которые опускаются при выпуске руды, передается за счет сил трения и зацепления окружающему массиву и уплотнившимся обрушенным породам отработанных соседних блоков. В связи с этим у границ блока создается зона, в которой давление на днище снижается. Со стороны массива эта зона идет под углом α=17⁰ (при средней крепости руд) и около β=7⁰ – со стороны уплотнившихся пород.

Нужно чтобы днище блока находилось в пределах зон ослабленного давления. Т.е ширина блока

Bбл ≤ Нэ*tgα + Нэ*tgβ

Bбл ≤ Нэ*(tgα + tgβ)

При α=17⁰ и β=7⁰ получим Bбл =0,5* Нэ, где Нэ - высота блока.

Порядок отработки блоков в этаже при системах этажного обрушения.

При отработке этажа системой с обрушением руды и вмещающих горных пород необходимо, чтобы как можно меньше блоков граничило с обеих сторон с обрушенными горными породами.

С этой целью этаж делится на выемочные поля приблизительно одинакового размера и каждое выемочное поле, состоящее из нескольких блоков, отрабатывается от центра к флангам. Такой порядок отработки выемочного поля позволяет:

- иметь в одновременной отработке 2 действующих блока;

- только лишь блоки на флангах выемочных полей будут иметь по 2 контакта с обрушенными породами.

При такой отработке выемочных полей (2 блока отрабатываются одновременно в выемочном поле) число выемочных полей для обеспечения производительности шахты:

Nвп =n_об/2,

где n_об - число выемочных блоков обеспечивающих производительность шахты.

При значительной мощности рудного тела (при крутом и наклонном падении) рудную залежь необходимо по мощности разбить на несколько рядов блоков. При этом следует учитывать, что при отработке крутопадающих залежей в 1-ую очередь должны отрабатываться блоки расположенные у лежачего бока, чтобы уменьшить потери и разубоживание руды.