Способи підтримання виробленого простору

Виймання корисних копалин завжди зв’язане з необхідністю оголення рудного масиву і вміщуючих порід на визначених площах і утворенням виробленого простору. З метою створення можливості виймання руди і безпечних умов робіт виробленим простором і гірським тиском треба керувати. Під таким керуванням розуміють комплекс заходів щодо зменшення і розрядку напруженого стану окремих ділянок рудного масиву і вміщуючих порід, що дозволяє в нормальних і безпечних умовах продовжувати очисні роботи.

На практиці використовують дві основні групи керування гірським тиском і очисним простором: шляхом підтримання виробленого простору і охороною вміщуючих порід і рудного масиву від обвалення на період очисного виймання (наприклад, на період виймання запасів руди з камери), а також шляхом обвалення вміщуючих порід, яке ведеться слідом за вийманням руди.

При підземній розробці рудних родовищ вироблений простір підтримують: залишенням ціликів, заповненням закладкою і кріпленням. Підтримка виробленого простору за допомогою рудних ціликів, що залишаються, можлива тільки при міцних і стійких рудах і вміщуючих породах.

При горизонтально залягаючи родовищах залишають цілики: бар’єрні, панельні, опорні (у вигляді стовпів або стрічок). При крутому падінні звичайно залишають міжповерхові, міжкамерні і міжпанельні цілики. Вказані цілики залишають на період виймання камер, а іноді і назавжди (наприклад, при видобуванні калійної солі).

Розміри ціликів і відстань між ними (прольоти) визначають, виходячи з умов міцності, залежно від властивостей руди, порід, потужності покладу, глибини розробки і призначення цілика. При цьому приймають максимально розумні і допустимі розміри прольотів і мінімально допустимі і розумні розміри ціликів з запасом міцності. Відомо багато методів розрахунку ціликів і прольотів для різних умов розробки.

Зі збільшенням глибини розробки цілики зазнають все більш значного тиску, а тому доводиться збільшувати їх розміри і зменшувати прольоти оголень з метою забезпечення нормальних умов розробки, що призводить до зниження ефективності розробки. Тому в конкретних випадках існує визначена гранична глибина, вище якої неможливо і недоцільно використовувати цілики як спосіб підтримки виробленого простору.

Головним недоліком цього способу є великі втрати руди в ціликах (до 25% при камерно-стовпових системах розробки і до 50% при розробці родовищ калійної солі).

Перевагами цього способу є простота, мінімальні затрати на підтримання, висока ефективність виймання камерних запасів руди.

Суть підтримання виробленого простору закладкою полягає в тому, що вироблений простір заповнюється твердіючою, гідравлічною або сухою закладкою. Використовується цей спосіб при добуванні руди високої цінності в недостатньо стійких вміщуючих породах або у випадку, коли з будь-яких причин необхідно зберегти поверхню землі від порушень.

Для закладки використовують різні подрібнені гірської породи (пісок, відвали пустих порід, глину тощо) і відходи виробництва (доменні та котельні шлаки, хвости і таке інше).

Необхідними умовами при цьому є: наявність матеріалу в достатній кількості, низька вартість, пожарна безпека. Залежно від способу проведення закладочних робіт розрізняють закладку: самопливну, яка переміщується до виробленого простору силою власної ваги; механічну, коли закладочний матеріал транспортують і розподіляють у виробленому просторі за допомогою машин і механізмів (скреперні установки, навантажувально-доставочні машини тощо). При самопливній і механічній закладці використовують різноманітні закладочні матеріали (подрібнені породи, відходи виробництва і таке інше).

Гідравлічна закладка – це коли закладочний матеріал транспортують в суміші з водою по закладочних трубопроводах до місця закладки. В цьому разі крупність кусків у закладочному матеріалі повинна бути не більше 60-80 мм, а частіше до 20-30 мм.

Пневматичну закладку, при якій закладочний матеріал транспортують по трубопроводу стиснутим повітрям за допомогою пневматичних закладочних машин, на практиці вживають рідко.

При твердючій закладці вироблений простір заповнюють твердіючими сумішами, які складаються з в’яжучих матеріалів (цемент, молотий гранульований доменний шлак та ін.), інертних заповнювачів (пісок, супісі, хвости збагачування, щебінь т.ін.) і води. Твердіючу суміш по трубопроводах подають у вироблений простір, де вона через деякий час перетворюється в моноліт визначеної і необхідної міцності. Незважаючи на відносно високу вартість, цей спосіб знайшов широке розповсюдження в практиці і розглядається як один з найбільш перспективних.

Залежно від часу заповнення виробленого простору закладку розрізняють: одночасну, коли закладка виконується паралельно з проведенням очисних робіт (звичайно шарами невеликої висоти), і подальшу, коли спочатку виймають руду з камер, а потім заповнюють пустоту закладкою.

Обидва способи застосовують на практиці.

Головною перевагою застосування закладки виробленого простору є: відносно високий рівень вилучення руди із надр (втрати руди не перевищують 5-8%), а також те, що процеси зсування порід незначні, обвалення порід не відбувається, і земна поверхня не порушується. Ці переваги мають дуже велике і зростаюче з часом екологічне значення, так як при цьому збільшується видобуток руди із надр, зберігається земна поверхня, а відходи різних виробництв можна розмістити в підземних виробках, зменшуються площі землі під відвалами.

Головним недоліком застосування закладкою є збільшення вартості видобутку руди за рахунок затрат на закладочні роботи. Цей спосіб підтримання виробленого простору знаходить все більше застосування в практиці і в подальшому обсяги його будуть розширятися.

Кріпленням вироблений простір підтримують при слабких, нестійких рудах і вміщуючих породах. Використовують різні види кріплення з дерева (розпірне кріплення, кострове, станкове, за допомогою рам), кам’яне кріплення з порід у вигляді смуг, стовпів, яке споруджується у виробленому просторів слідом за просуванням очисних вибоїв. Звичайно кріплення очисного простору застосовують у покладах потужністю до 2-3 м (за винятком станкового кріплення).

Підтримка виробленого простору за допомогою кріплення характеризується великими витратами лісу, високою трудоємкістю, високою пожарною небезпекою. Тому на практиці його застосовують досить рідко, перевагою користується більш ефективна технологія, наприклад, система розробки з обваленням.

Сутність керування гірським тиском за допомогою обвалення полягає в обваленні вміщуючих порід слідом за пониженням рівня очисних робіт. Цей спосіб застосовують для руд та вміщуючих порід середньої або нижче середньої стійкості, схильних до обвалення.

Вміщуючі породи в міру їх підробки обвалюються і заповнюють вироблений простір, утворюючи зони розвантаження гірського тиску і створюючи сприятливі умови для виймання руди.

Таким чином, власне вироблений простір не підтримується, а підтримувати доводиться тільки прийомні виробки у блоках на той час, поки ведуться очисні роботи.

Це визначає високу ефективність і низьку вартість видобутку руди.

Головним недоліком при цьому є підвищення рівня втрат руди, так як її випуск у більшості випадків ведеться у безпосередньому контакті з обваленими вміщаючими породами, а також великий тиск на прийомні виробки при відносно слабких рудах, що потребує збільшення затрат на їх підтримання.

ГЛАВА IX