огп. Лекция Системы разработки рудных месторождений. Лекции ознакомить с основными требованиями к выбору системы разработки рудных месторождений
 Скачать 0.97 Mb.
|
|
2.3 Камерная система разработки рудных месторождений Система имеет две разновидности, известные под наименованиями этажно-камерная система разработки и система разработки с подэтажной отбойкой или подэтажных штреков. Мощные крутые залежи отрабатывают камерами с оставлением целиков, руду отбивают в основном скважинами, пробуренными из подэтажных ортов или штреков (подэтажная отбойка). Вначале в камере формируют, отрезную щель, на которую затем отбивают руду вертикальными слоями. Доставка руды по очистному пространству самотечная. Выпускают руду через выработки в основании камеры. Чтобы уменьшить отслоение боковых пород или создать резерв руды заданного качества руду иногда магазинируют. После выемки камер погашают целики. Условия применения. Руда и боковые породы должны быть устойчивыми. В мощных месторождениях при неустойчивых боках приходится оставлять предохранительную рудную «корку» толщиной 1,5-3 м, если ее теряют, или 5-8 м, если извлекают вместе с целиками. При крутом падении мощность залежи может быть любой, при пологом и наклонном - не менее 10-20 м — иначе не окупятся расходы на проведение в породах лежачего бока выработок для выпуска и доставки руды. Параметры системы. В залежах малой и средней мощности камеры располагают по простиранию. Высота этажа ограничивается устойчивостью обнаженных боковых пород. В мощных залежах камеры располагают вкрест простирания. Высота этажа ограничивается устойчивостью руды. Высота этажа колеблется в пределах от 50-60 м в залежах малой и средней мощности при неправильных контактах и недостаточно крутом падении до 100-170 м в залежах средней мощности и мощных с крепкой устойчивой рудой и очень крутым падением. При высоте этажа более 100 м могут быть оборудованы вспомогательные горизонты. Высота подэтажа колеблется от 8-12 до 30-40 м, в зависимости от типов буровых станков (рис.7). Ширина камер при разработке по простиранию равна мощности залежи, длина 30-60 м в зависимости от устойчивости боковых пород. В мощных месторождениях длина камер равна мощности залежи (до 70-80 м), ширина 10-30 м, в зависимости от устойчивости рудной потолочины или боковых пород. Ширина междукамерных целиков 8-15 м. Залежи средней мощности с небольшой длиной по простиранию или падению отрабатывают иногда одной камерой без оставления целиков. Если залежь вытянута по падению, то оставляют только междуэтажные целики, если по простиранию — только междукамерные.  Рис. 7Камерная система разработки — вариант с подэтажной отбойкой, доставкой руды самоходным оборудованием и наклонным междуэтажным целиком. Высота основания камеры от этажного горизонта до гребней траншей или воронок при раздельных горизонтах доставки и транспортирования руды обычно составляет 14-20 м. Толщина потолочины 5-10 м. Междуэтажный целик располагают горизонтально или с наклоном к лежачему боку. При наклонном целике уменьшается в 2-3 раза трудно извлекаемый запас руды в основании блока, увеличивается запас руды на пункт выпуска, что благоприятствует использованию питателей. С другой стороны, из активного запаса верхнего этажа исключается часть руды снизу в виде треугольной призмы, объем которой прямо пропорционален мощности залежи и возрастает с увеличением угла падения залежи. Наклонное расположение междуэтажных целиков целесообразно лишь при ограниченной мощности (до 30-40 м при угле падения 50-60° и до 20-30 м при угле 70°) и при выдержанных элементах залегания рудного тела на значительную глубину. В варианте с подэтажной скважиной отбойкой и донным выпуском руды блоковые восстающие при разработке по простиранию располагают в целиках (рис.8), а при разработке вкрест простирания - в камерах или целиках. В последнем случае на подэтажах из восстающих в камеры приходится пробивать штреки, которые в дальнейшем вместе с восстающими могут быть использованы для погашения целиков. Подэтажные штреки (орты) нарезают по всей длине камеры. Затраты на проведение выработок для выпуска и доставки руды достигают 20-30 % от всех затрат на подготовку и очистную выемку. При формировании выпускных траншей руду отбивают так же, как и в камерах. В случае применения выпускных воронок подсечка камеры опережает отбойку уступов на 1-2 воронки. Очистная выемка. Отрезную щель формируют взрыванием вертикальных скважин на отрезной восстающий в подэтажах на всю ширину камеры. Выход отбитой руды на одну скважину при этом в 2-3 раза меньше, чем при очистной выемке. На отрезную щель отбивают руду скважинами из уступов в отступающем порядке. Скважины бурят обычно веерами из подэтажных штреков или ортов. При разработке вкрест простирания и кливажной руде для более тщательного оформления целиков подэтажные орты иногда располагают по границам камеры. Скважины бурят вверх, чтобы они были сухими при заряжании; вверх и вниз, чтобы сократить число подэтажных штреков и перестановок бурильных машин, или вниз при опережающей отработке нижних подэтажей. Общую линию забоев выдерживают в положении, близком к вертикальному, или под углом 70—80° в сторону массива во избежание его сколов. Забои взрывают сразу по всей высоте камеры или поочередно подэтажами, если необходимо уменьшить сейсмическое действие взрыва для сохранения целиков, выработок или сооружений. Опережение нижних подэтажей допустимо лишь при очень устойчивой руде.  Рис.8 Камерная система разработки с подэтажной отбойкой нисходящими веерами скважин и донным выпуском. Выпуск и последующую доставку руды (до пункта перегрузки на магистральный транспорт) ведут с помощью питателей, самоходного оборудования или скреперных установок. При разработке залежей малой и средней мощности и очень хорошем дроблении руду из очистного пространства выпускают непосредственно в вагоны через люки. Проветривание блока. Свежий воздух поступает с горизонта откатки по восстающему в подэтажные штреки и из них в очистное пространство; загрязненный воздух отводят по восстающему с другой стороны камеры или по вентиляционной сбойке на вентиляционный горизонт. Выработки вторичного дробления руды обычно проветривают отдельной струей. Требования к системе подэтажных штреков (ортов): систему подэтажных штреков (ортов) можно применять для отработки крутопадающих рудных тел любой мощности, а также мощных рудных тел с любым углом падения; при разработке пожароопасных месторождений отработанные камеры закладывать инертным материалом; размеры камер определять в зависимости от устойчивости вмещающих пород и руд. Камеры можно располагать по простиранию, вкрест простирания и по восстанию; камерные запасы должны составлять не менее 35 % запасов блока; необходимо стремиться к увеличению удельного веса камерных запасов с учетом последующей эффективной и безопасной отработки целиков; высоту принимать в зависимости от типа применяемого бурового оборудования, морфологии рудного тела; отбойку руды производить из открытых или закрытых заходок, а также из подэтажных штреков (ортов); при отработке рудного тела последовательно расположенными камерами между ними оставлять временные или постоянные целики: при неотработанных междукамерных целиках на смежном верхнем этаже камеры нижнего этажа должны располагаться под камерами верхнего этажа, а целики под целиками; подсечка камеры и разделка рудоприемных и выпускных выработок должны опережать очистную выемку. Угол наклона стенок рудоприемных выработок должен обеспечивать выпуск всей руды самотеком; очистные работы в камерах следует развивать таким образом, чтобы подвигание подэтажей было в одной вертикальной плоскости или с опережением верхних подэтажей по отношению к нижним. Потолкоуступное расположение подэтажей разрешается при отбойке весьма устойчивых руд нисходящими глубокими скважинами в рудных телах малой мощности. Допускается последовательная или одновременная отбойка руды в подэтажах; для увеличения извлечения отбитой руды при отработке наклонных рудных тел проходить дополнительные выпускные выработки, применять гидросмыв или механические способы зачистки. Вариант с торцовым выпуском руды может применяться в мощных залежах, когда целики не извлекают или когда камеры подлежат последующей закладке. Отбойка — подэтажная или этажная в зажиме, вертикальными или крутонаклонными слоями, начиная с отрезной щели (рис.9). Над добычным ортом или штреком оставляют временный целик. Отбитую руду частично (15—20 %) выпускают через отдельные отверстия, пройденные на увеличенном (20—30 м) расстоянии одно от другого. В следующей стадии в отступающем порядке разрушают целик участками по 2—4 м веерами взрывных скважин. По мере погашения целика производят общий выпуск руды. На выпуске и доставке руды целесообразно использовать самоходное оборудование или передвижной вибропитатель в комплексе с секционным виброконвейером.  Рис.9 Этажно-камерная система разработки — вариант с торцевым выпуском руды: а — отбойка и частичный выпуск руды; б— общий выпуск. Требования к этажно-камерной системе разработки: этажно-камерную систему можно применять для отработки крутопадающих рудных тел средней мощности, а также мощных рудных тел с любым углом падения; выемку камер осуществлять послойной отбойкой руды глубокими скважинами на всю высоту этажа (камеры) без разделения на подэтажи; скважины бурить из специальных буровых выработок. Допускается бурение скважин из выработок горизонта откатки и доставки; при разработке пожароопасных месторождений отработанные камеры закладывать инертным материалом; размеры камер определять в зависимости от устойчивости вмещающих пород и руд. Камеры можно располагать по простиранию, вкрест простирания и по восстанию; камерные запасы должны составлять не менее 35 % запасов блока; необходимо стремиться к увеличению удельного веса камерных запасов с учетом последующей эффективной и безопасной отработки целиков; при отработке рудного тела последовательно расположенными камерами между ними оставлять временные или постоянные целики; при неотработанных междукамерных целиках на смежном верхнем этаже камеры нижнего этажа должны располагаться под камерами верхнего этажа, а целики под целиками; - подсечка камеры и разделка рудоприемных и выпускных выработок должны опережать очистную выемку. Угол наклона стенок рудоприемных выработок должен обеспечивать выпуск всей руды самотеком; для увеличения извлечения отбитой руды при отработке наклонных рудных тел проходить дополнительные выпускные выработки, применять гидросмыв или механические способы зачистки. 3. Системы разработки с обрушением руды и вмещающих пород При системах с массовым обрушением (сокращенное название) очистное пространство поддерживается только в период образования камер или щелей для обрушения основной части блока. Отбойка преимущественно скважинная, иногда самообрушением. В связи с обрушением пород отработка залежей ведется в нисходящем порядке. Системы применяют в мощных и средней мощности залежах, если не требуется поддержание земной поверхности. Ценность руды ограничена в связи с повышенными ее потерями. Наличие глин и песков в обводненной толще насосов исключает применение систем из-за опасности, образования плывуна и прорыва его в горные выработки. При большой глубине разработки (700—1200 м и более), особенно при пологом падении залежи, обрушение висячего бока отстает от выемки, в результате возрастает опорное давление, возникает опасность возникновения породных взрывов и горных ударов. 3.1. Обрушение вмещающих пород Породы могут обрушаться со стороны висячего бока, сверху и со стороны лежачего бока. Отставание обрушения пород висячего бока от выемки руды возрастает с устойчивостью пород, с уменьшением пролета обнажения по простиранию залежи и с глубиной разработки. Обычно общее обрушение висячего бока отстает на 1-2 этажа, а в залежах малой длины по простиранию на глубоких горизонтах оно может вообще не произойти. Тогда образуются обширные пустоты или в выработанное пространство опускаются обрушенные породы из верхних этажей. В случае внезапного обрушения пустот возникают воздушные удары, приводящие к большим разрушениям. Возможно разрушение оснований блоков ударом падающей массы пород. Рост опорного давления в соседних блоках может привести к разрушению массива руды и выработок. Предотвращение воздушных ударов. Для гашения воздушной волны над выпускными выработками создают породную подушку (слой раздробленных пород) путем принудительного обрушения части пород кровли или временного оставления отбитой руды (рис.10). При обрушении пород кровли необходимо рассчитать (по соответствующим формулам) минимальную толщину предохранительной подушки.  Рис.10 Схема к расчету толщины подушки hп:Нпад — высота падения обрушающихся пород; Нбл — высота очистного пространства в блоке; Нобр —высота слоя породы, обрушаемой для образования подушки; hр.п — толщина рудной подушки; hп.п — толщина породной подушки. Обрушают породы скважинами или сосредоточенными зарядами. Если устойчивые породы в кровле залегают в виде слоя, то взрыванием зарядов его достаточно отрезать от массива по границам посадки. Аналогичная схема посадки возможна при наличии в кровле пологих трещин. При развитой вертикальной трещиноватости возможно обрушение пучком из двух-трех вееров горизонтальных и слабонаклонных скважин или одним минным ярусом. Метод обрушения кровли должен выбираться в комплексе с толщиной подушки и параметрами отбойки, от которых зависит кусковатость обрушенных пород. В общем случае, чем ниже затраты на обрушение пород, и, следовательно, меньше эти породы будут раздроблены, тем толще нужна подушка и больший объем пород требуется обрушить одним минным ярусом. Снижение опорного давления. Главная мера предосторожности против опорного давления — своевременное обрушение подработанной толщи за счет увеличения площади обнажения или принудительным способом. Полное обрушение пород до земной поверхности вслед за выемкой при глубинах разработки более 100-200 м практически неосуществимо. Обычно обрушается лишь нижняя часть налегающей толщи, а высота этой толщи уменьшается незначительно. Вместе с тем, опорное давление, передаваемое на массив через слой обрушенных пород, распределяется на увеличенную площадь, что снижает концентрацию напряжений на определенное время (до нескольких месяцев), в зависимости от свойств пород. 3.2 Выпуск руды под налегающими обрушенными породами При выпуске первоначально выходит чистая руда, затем появляется и постепенно возрастает примесь пустых пород. Выпуск заканчивают, когда разубоживание в дозе выпуска достигает наибольшей экономически допустимой величины. Доза обычно равна количеству рудной массы, выпускаемой через отверстие за смену или за значительную ее часть. Предельное разубоживание в последней дозе выпуска обычно составляет 0,6-0,8 для рядовой руды и 0,25-0,35 для бедной. Обычно извлечение чистой руды составляет 0,55-0,75, потери и разубоживание в сумме 0,15-0,35. При выпуске руды после массового обрушения целиков извлечение снижается до 0,4-0,3 и меньше, а сумма потерь и разубоживания возрастает до 0,5-0,6. Выпуск руды через одиночное отверстие. Фигурой выпуска (истечения) руды называют тот объем, который первоначально занимала в очистном пространстве выпущенная из него руда. При донном выпуске нормально разрыхленной руды через одиночное отверстие фигура выпуска по форме близка к эллипсоиду вращения с вытянутой вертикальной осью (рис.11). По мере выпуска эллипсоид увеличивается. Из самого понятия фигуры истечения следует, что все частицы, лежавшие на ее поверхности до начала выпуска, подошли к отверстию одновременно. Коэффициент вытянутости эллипсоида выпуска возрастает с увеличением сил трения, и особенно сцепления, а также с увеличением объема эллипсоида. При слежавшейся руде он возрастает настолько, что образуются так называемые трубы, по которым вскоре же после начала выпуска пустая порода проникает к воронкам.  Рис.11 Равномерно-последовательный выпуск в идеальных условиях: а - перемещение поверхности руды (1 - касающиеся эллипсоиды выпуска; 2 - первоначальное положение поверхности; 3- последовательные положения; 4 - положение при начале засорения руды; 5 - траектория одной из частиц); б — схема к расчету потерь и засорения руды (1 - расчетные объемы руды, выпускаемой до начала засорения; 2 - то же, остающиеся в блоке к началу засорения). Освобождающееся от руды пространство заполняется другими частицами руды из окрестностей эллипсоида выпуска, за счет чего в определенной зоне вокруг него происходит вторичное разрыхление. Если приостановить выпуск, то руда снова начнет уплотняться. Скорость уплотнения существенно зависит от высоты слоя обрушенных пород и от производимых поблизости взрывов, которые встряхивают руду и ускоряют уплотнение. Выпуск обычно ведут с небольшими перерывами, недостаточными для того, чтобы вторичное разрыхление существенно уменьшилось. Форма объема, в пределах которого происходит вторичное разрыхление, подобна эллипсоиду выпуска, отсюда она получила наименование эллипсоида разрыхления. Контакт руды с налегающими обрушенными породами. Поверхность руды начинает прогибаться после того, когда ее коснется эллипсоид разрыхления. В процессе прогиба образуется воронка внедрения пустых пород, ограниченная по наибольшей окружности контуром эллипсоида разрыхления руды. Эта воронка нижним своим концом достигнет выпускного отверстия, когда первоначального положения поверхности руды коснется эллипсоид выпуска. С этого момента выпускают разубоженную руду. По мере выпуска воронка внедрения расширяется, поэтому возрастает относительное количество пустой породы в эллипсоиде выпуска и соответственно в дозе выпуска. В определенный момент разубоживание превысит допустимую величину, и выпуск придется прекратить. Выпуск по всей площади блока. В идеальных условиях (см. рис.11 а) блок большой площади со всех четырех сторон окружен массивом с вертикальными стенками; пустая порода обрушена в крупных кусках, которые не могут проникать в отбитую руду; выпуск руды равномерно последовательный, т. е. поочередно из всех отверстий одинаковыми дозами незначительной величины. Для расчета площадного выпуска введено понятие касающихся эллипсоидов выпуска (см. рис.11 б), диаметр которых равен расстоянию между осями отверстий. Приближенно можно считать, что выше касающихся эллипсоидов по всей поверхности руды частицы опускаются вертикально с одинаковой скоростью и что, следовательно, контакт руды с обрушенными породами перемещается в горизонтальном положении. Когда поверхность руды опустится ниже вершины касающихся эллипсоидов, то с наибольшей скоростью начинают перемещаться частицы, расположенные прямо над отверстиями, поэтому поверхность руды начинает прогибаться. Со временем прогибы достигнут отверстий, начнется разубоживание и возрастает до критической величины. Абсолютные потери руды не зависят от высоты блока, но они будут тем больше, чем больше высота прогибов поверхности руды. При прочих равных условиях уровень начала прогибов определяется высотой касающихся эллипсоидов. Увеличение расстояния между выпускными отверстиями увеличивает касающиеся эллипсоиды и, следовательно, абсолютные потери руды. Относительные потери обратно пропорциональны высоте блоков. Объем руды над касающимися эллипсоидами выпускают, без примеси пустых пород. Из оставшейся после этого руды извлекают полностью и без разубоживания только объемы, расположенные в касающихся эллипсоидах. Остальную руду разубоживают и частично теряют. Увеличивать высоту блока целесообразно за исключением следующих случаев: слеживающаяся руда, в которой при выпуске возможно образование «труб»; неустойчивая руда, при которой длительное поддержание выпускных выработок требует больших затрат или оказывается практически невозможным; недостаточно крутое падение залежей, при котором возможны большие потери руды на лежачем боку. Боковой контакт отбитой руды с обрушенными породами. Наименьшие потери и разубоживание будут тогда, когда эллипсоид выпуска одновременно достигнет первоначальных положений вертикального и горизонтального контактов с обрушенными породами. Крупность частиц отбитой руды и обрушенных пород. При наличии мелких фракций и влаги руда слеживается, зоны влияния выпускных отверстий сужаются, а гребни теряемой руды возрастают. При наличии крупных кусков взрывное вторичное дробление разрушает выпускные выработки и снижает производительность выпуска. После каждой ликвидации затора некоторое время работает не только осевая часть (как при мелкой руде), а почти полное сечение воронки, в результате уменьшаются потери руды в оставшихся гребнях. Однако это гораздо менее существенно, чем недостатки, связанные с наличием крупных кусков. |