Особенности развития геомеханических процессов при системах с магазинированием

Тема 7. Управление геомеханическими процессами при системах с искусственным поддержанием выработанного пространства: с магазинированием полезного ископаемого и креплением очистного пространства. 4 часа.

Общие сведения. Особенности развития геомеханических процессов при системах с магазинированием. Особенности развития геомеханических процессов при системах с креплением выработанного пространства.

Правила безопасного ведения работ при системах разработки с магазинированием и креплением.

Общие сведения.

Магазинирование полезного ископаемого — накопление отбитого полезного ископаемого в очистной выработке. Различают полное магазинирование полезного ископаемого, если оно ведётся на всю высоту этажа (блока) или частичное (слоевое), если оно ведётся в пределах отдельных частей блока. Магазинирование полезного ископаемого составляет технологическую основу специального класса систем разработки.

Отличительной особенностью этого класса систем:

· выемка полезного ископаемого в восходящем порядке;

· выпуск 30-40% отбитой руды;

· поддержание боков выработанного пространства замагазинированной рудой;

· после магазинирования на всю высоту блока – полный выпуск.

Системы с магазинированием применяются на залежах полезных ископаемых с углами падения свыше 55°, мощностью от 0,5 до 3, реже 5 м, с выдержанными элементами залегания и устойчивыми боковыми породами. Ограничивающий фактор — склонность полезного ископаемого к слёживанию и самовозгоранию.

Удельный вес добычи из рудных жил системами с магазинированием в бывшем СССР составлял около 50%. При добыче угля частичное магазинирование применяют при разработке тонких крутопадающих пластов в Донбассе. За рубежом системы с магазинированием распространены в США, Канаде, Австралии, Германии, Болгарии, Румынии и др.

Подготовка блоков при разработке с полным магазинированием полезного ископаемого включает проведение откаточного штрека (рис. 7.1), располагаемого посредине или ближе к лежачему боку залежи (верхним вентиляционным штреком служит откаточный штрек вышележащего этажа). По простиранию этаж восстающими разделяют на блоки, изолированные друг от друга целиками. Рудоспуски (выпускные дучки) проводят из откаточного штрека через 4,5— 7,5 м.

Рис. 7.1. Разработка залежи с полным магазинированием полезного ископаемого:

1 — обрушенная порода; 2 — вентиляционный штрек; 3 — ходовая выработка; 4 — откаточный штрек; 5 — отбитая взрывом руда; 6 — дучки для выпуска руды; 7 — междукамерные целики; 8 — очистное пространство.

Выемка полезного ископаемого в блоке включает подсечку магазина, отбойку полезного ископаемого до уровня подштрекового целика с попутным магазинированием и выпуск полезного ископаемого с одновременной выемкой целиков.

Вследствие разрыхления полезного ископаемого при отбойке часть его (около 30%) выпускают, оставляя свободным рабочее пространство высотой около 2 м. Подсекают магазин и формируют воронки сразу по всей длине блока. Цикл очистной выемки включает бурение комплекта шпуров, их взрывание, проветривание, выпуск излишков полезного ископаемого и разработку потолочины.

Безопасность работы в забое в случае шпуровой отбойки обеспечивается сравнительно небольшим расстоянием между отбитой рудой и кровлей забоя (до 2.0 – 2.5 м), а также предварительной оборкой стенок и кровли очистного пространства с целью предотвращения вывалов и отслоений. Иногда устанавливаются деревянные распорки или анкерная крепь. Если недостаточно устойчивые породы висячего (а иногда и лежачего) бока не укреплять, то при окончательном выпуске полезного ископаемого из магазина возможны интенсивные отслоения пород, приводящие к значительному разубоживанию.

Когда фронт очистной выемки достигнет границы подштрекового целика на верхнем горизонте, приступают к выпуску всего замагазинированного полезного ископаемого через воронки и рудоспуски. После этой операции выработанное пространство оставляют открытым или заполняют пустой породой.

При разработке тонких залежей с крепкими боковыми породами вместо оставления целиков устанавливают распорную крепь; воронки над рудоспусками не делают. При неустойчивых боковых породах и потолочине обуривание массива полезного ископаемого производят из специально пройденных выработок небольшого сечения, подэтажных штреков или восстающих. Это обеспечивает большую безопасность работ, но вызывает возрастание их трудоёмкости и расхода крепёжных материалов. При разработке широких камер с магазинированием полезного ископаемого отбойку ведут длинными до 30—40 м скважинами, которые бурят из восстающих. Располагают их горизонтально веером через 3—5 м по высоте.

Технико-экономические показатели добычи изменяются в зависимости от мощности залежи и крепости полезного ископаемого; на 1 м длины подготовительных выработок добывается от 40до 160т полезного ископаемого; производительность труда рабочего по забою от 7 до 30 т в смену; расход ВВ от 0.3 до 1,2 кг на тонну добычи; потери полезного ископаемого 5—8%.

При частичном (слоевом) магазинировании полезного ископаемого блоки по высоте разделяют на горизонтальные полосы высотой 4-6 м, которые затем вынимают сплошным забоем снизу вверх с отбойкой полезного ископаемого на настил и последующим выпуском его через окна в настиле (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Разработка залежи с частичным (слоевым) магазинированием полезного ископаемого:

1 —- потолочина; 2 — слои полезного ископаемого;3 — временный полок; 4 — выпускные окна; 5 — настил; 6 — отбойные рештаки; 7 — распорки; 8 — прогоны; 9 — накатник.

По сути дела системы с частичным магазинированием являются комбинированными системами с точки зрения методов поддержания выработанного пространства одновременно за счёт замагазинированной руды и путём установки распорной крепи.

Очистную выемку начинают с обуривания потолочины и взрывания зарядов в шпурах с временных полков. При этом на настиле образуется слой полезного ископаемого высотой около 2 м. Второй и третий слои обуривают с поверхности замагазинированного полезного ископаемого соответственно первого и второго слоёв. После этого производят выпуск полезного ископаемого от границ блока через окна, образуемые в настиле путём перемещения накатника. Одновременно выше сооружают новый настил. Частичное магазинирование полезного ископаемого позволяет несколько увеличить производительность труда рабочих, сократить расход крепёжных материалов при более безопасных условиях работы, чем при использовании распорной крепи.

Управление геомеханическими процессами при системах с магазинированием заключается в выборе устойчивых параметров выработок днища блоков, восстающих и целиков сообразно величинам нагрузок, действующих на них.

Особенности развития геомеханических процессов при системах с магазинированием.

Временно оставляемое в выработанном пространстве полезное ископаемое оказывает вертикальное давление на выработки днища блоков и боковое давление на стенки очистных выработок, блоковых восстающих и межблоковых целиков (если они оставляются).

Мелкокусковой материал магазина можно рассматривать как сыпучую среду, не имеющую сцепления, но обладающую трением. В крупнокусковом и уплотнившемся материале, кроме трения, наблюдается зацепление между отдельными глыбами.

Для определения давления замагазинированного полезного ископаемого на стенки выработанного пространства и крепь откаточных штреков и восстающих можно воспользоваться расчётными методами статики сыпучих сред.

Поскольку высота столба замагазинированной руды, как правило, небольшая, не превышает несколько десятков метров, напряжения в элементарном объеме сыпучего материала (руды) на глубине Z от поверхности можно определять без учёта трения магазина о стенки выработанного пространства, т. е. из формул:

σ_z = γ z;

σ_y = ξ σ_z;(7.1)

где γ- удельный вес руды; ξ - коэффициент бокового распора.

Значение ξ находится из следующих выражений:

ξ = (1 – sinφ)/(1 + sinφ)

или ξ = tg²(π/4 – φ/2)(7.2)

где φ– угол внутреннего трения в магазине руды;

Величина φ изменяется в зависимости от гранулометрического состава, увлажненияи уплотнения сыпучегоматериала. Значения углов внутреннего трения для некоторых сыпучих материалов составляют:

известняк - 30- 45⁰;

дробленый камень, влажный, под давлением — 35-40⁰;

сланец крупнокусковатый и уплотненный - 38-40⁰;

песок малослежавшийся, влажныйи сухой - соответственно 27 и 32⁰;

жирная глина, сухая, под давлением — 40—60⁰.

Из формул (7.1 и 7.2) очевидно, что величина вертикального давления на днище блока и коэффициента бокового распора, а, следовательно, и бокового давления на стенки выработанного пространства зависит от плотности магазинированной руды.

При неподвижной уплотненной руде рекомендуется принимать коэффициент бокового распора ξ =0.3.В этом случае давлениена крепь откаточногоштрека и блоковых восстающих, если они пройдены без оставления междублоковых целиков, будет максимальным.

Необходимо отметить, что уплотнение магазинированной руды может возрастать за счет смещениябоковых пород. Величинатаких деформаций пропорциональна увеличению пролетов обнажения и времени отработки блоков. Наибольшие величины смещений висячего бока наблюдаются в средней части магазина,а также в местах нарушений и расслоений. В результате конвергенции (сближения) стенок выработанного пространства происходит зажатие отбитой руды в магазине, - выпуск становится затруднительным, опасным, а иногда и невозможным. В таких случаях отказываются от применения систем с магазинированием и переходят на системы разработки с креплением выработанного пространства.

В заключение, характеризуя роль магазинированной руды, как средства поддержания выработанного пространства, необходимо отметить временный характер этой меры. После окончательного выпускаотбитой руды камеры остаются пустыми или частично заполненными обрушающимися породами. Для предотвращения внезапной посадки налегающей толщи в остающиеся пустоты необходимо перепускать породы сверху или заполнять их закладочным материалом.