Зарубежный опыт

Пологопадающие МПИ с сухой закладкой.

Месторождение Салливан. Рудник Салливан. [5]

Средняя мощность рудного тела 24 м., максимальная 90 м. угол падения от 0 до 40° в верхней части и от 20 до 45° - в нижней. Породы висячего бока представлены устойчивыми кварцитами, лежачего бока - конгломератами. Рудный массив устойчив.

На участках с углом падения от 10 до 40° применяют камерную систему разработки с закладкой с отбойкой руды глубокими скважинами, с разделкой днища по всему лежачему боку и расположением скреперных штреков по простиранию (рисунок 9).

Рисунок 9. Камерно-целиковая система разработки с закладкой.

Отбитая руда доставляется в пальцевые рудоспуски с двух сторон. Под камерой нарезают два выпускных отверстия, разделенные целиком. Из воронок проходят буровые восстающие и небольшие заходки. Взрывные скважины бурят под углом 40-50° при веерном их расположении.

Производительность труда 70 т/смену.

Для закладки пустот применяется порода из подготовительных забоев, так же на участках, где обрушение пород кровли нецелесообразно вследствие опасности воздушных ударов или других причин применяется закладка гравием с примесью глины. Для цементации закладки добавляют хвосты флотации с содержанием 5% железа и небольшого количества извести. Окисление сульфидов цементирует закладку в течение 12-18 месяцев до прочности 2530 кг/см². Порода, содержащая куски крупностью - 38 мм. с добавлением 7% железистых хвостов и 2,5% воды, цементируется приблизительно в течение шести месяцев.

Рудник Керетти (Финляндия) и Циновец-Жих (ЧССР)[5]

Рудник Керетти является одним из самых старых и крупных рудников компании "Оутокумпу Ой". Его годовая производительность равна 0,47 млн. т. Длина рудного тела достигает 4 км. Мощность доходит до 40 м и составляет в среднем 8 м. Угол падения равен 15--45°. Руда содержит медь, цинк, железо, серу, золото, серебро, кобальт, никель.

Для отработки пологозалегающих участков применяли под-этажное обрушение, но это приводило к значительным потерям руды и резкому росту разубоживания. Кроме того, обрушение пород распространялось до поверхности и по мере развития очистных работ могло вызвать затопление шахты водой вблизи расположенных озер.

В настоящее время главной системой разработки является камерно-столбовая система с искусственными целиками, применяемая при мощности рудного тела свыше 8 м. Высокая механизация работ позволяет достигнуть производительности труда забойного рабочего 160 т/смену. Применение затвердевающей закладки обеспечивает почти 100 %-ное извлечение руды при ее незначительном разубоживания. При этом выемка руды ведется с разбивкой на камеры первой и второй очередей шириной, равной соответственно 6 и 8 м (рисунок 10). Наибольшая высота отрабатываемого слоя составляет 20 м, а длина камер 50--100 м. Отработанные камеры первой очереди заполняют затвердевающей смесью. После достижения ею необходимой прочности отрабатывают камеры второй очереди и заполняют их классифицированными хвостами обогащения.

В камерах по контакту висячего бока проводят подсечные выработки с поперечным сечением, равным 6x3,5 или 8X3,5 м| Крепление кровли их производят анкерами, а при необходимости-- торкретбетоном. В зависимости от мощности рудного тела проводят также рудные штреки по контакту лежачего бока. Очистные работы в камере начинают с проходки отрезного восстающего и образования отрезной щели. Отбойку руды осуществляют с помощью скважин, пробуренных с верхней подсечной выработки.

При мощности рудного тела, превышающей 20 м, отработку залежи осуществляют слоями высотой по 20 м в направлении снизу вверх.

Для анкерного крепления используют обычно ребристую сталь диаметром 16--20 мм и длиной 2,4 м, а иногда -- до 6 м. Анкеры помещают в шпуры на их полную длину и цементируют смесью классифицированных хвостов обогащения с цементом в соотношении 1:1с добавкой воды и 1 % бентонита.

Твердеющий закладочный материал приготавливают в бетономешалке на поверхности. Гравий, просеянный сквозь сито с ячейками диаметром 20 мм, и классифицированные хвосты обогащения в отношении 2 : 1 являются инертным заполнителем. На 1 м³ смеси добавляют 110 кг портландцемента и 600 л воды.

Рисунок 10. Камерно-столбовая система разработки с последующей закладкой выработанного пространства на руднике Керетти (Финляндия):

1-- вентиляционный штрек; 2 -- рудоспуск; 3 -- откаточный горизонт; 4 и 5 --соответственно верхняя и нижняя подсечки; 6 -- доставочная выработка; 7 и 8 -- соответственно закладочный массив в первичной и вторичной камерах; .9 -- отрезной восстающий; 10 -- анкерная крепь

Максимальный расчетный предел прочности сжатию бетонной закладки равен 1,7 МПа. На практике он не превышает 0,6 МПа. Это связано с расслоением закладочной смеси в очистном пространстве.

Закладочный материал подают с поверхности сначала по скважинам диаметром 152 мм, а затем -- по сварным трубам диаметром 150 мм, изготовленных из огнеупорного чугуна. Для камер второй очереди смесь поступает прямо от обогатительной фабрики (ОФ) к забоям по скважинам диаметром 78 мм и пластмассовым трубам диаметром 75 мм.

Нарезные выработки камер первой очереди проводят с использованием самоходных трехстреловых бурильных установок "Там-рок Параматик", а штреки камер второй очереди -- двустрело-выми бурильными установками "Параматик".

При очистной выемке бурение вертикальных скважин диаметром 51 мм по сетке 1,5X1,5 или 2X2 м производят бурильными установками на гусеничном ходу. В качестве ВВ используется смесь АС-ДТ. В камерах первой очереди используют гладкостенное взрывание с помощью смеси АС-ДТ, ослабленной кусочками полистирола в соотношении 1:1.

Взрывание скважинных зарядов осуществляется с центрального пункта, расположенного в помещении для отдыха на гор. 285 м, оборудованного конденсаторной взрывной машинкой и контрольными приборами для измерения сопротивления цепи.

ПДМ с емкостью ковша 3,8--6 м³ доставляют отбитую руду в рудоспуски, откуда состав вагонеток транспортирует ее по откаточному штреку к дробилке. Рудоспуски размещены так, что максимальное расстояние доставки составляют 200 м.

Машинисты ПДМ подвергаются неблагоприятному воздействию тряски. Первоначальные меры в виде специальных физических упражнений оказались недостаточными. Поэтому на одном погрузчике вынуждены были работать два человека, которые в течение смены подменяют друг друга. Водитель, который не работает на ПДМ, занят на другой работе, например, в подземной мастерской.

На гор. 285 м с безрельсовым транспортом оборудована мастерская для текущего обслуживания и мелких ремонтов самоходных машин. Капитальные ремонты производятся на поверхности в специализированных мастерских.

Производительность труда забойного рабочего при камерно-столбовой системе разработки с искусственными целиками на руднике Керетти достигла 39,7 т/смену.

Аналогичная система разработки применяется для отработки пологозалегающего месторождения на чешском руднике Циновец-Жих. Месторождение залегает на глубине 250 м. Разработка ведется камерами шириной 6 м и высотой 20 м. Ширина междукамерных целиков составляет 8 м.

Рудник Наван (Ирландия)[5]

Рудник производительностью 2,3 млн. т свинцово-цинковой руды в год разрабатывает месторождение, представленное серией линз мощностью 60--8 м с углом падения около 20°.

Предел прочности руды и пород при одноосном сжатии изменяется от 56 до 175 МПа. Вмещающие породы -- довольно устойчивые и позволяют отрабатывать камеры шириной 12,5 м и высотой 15 м, которые могут оставаться незаполненными закладочным материалом в течение длительного периода времени. Камеры первой ! очереди заполняют смесью классифицированных хвостов обогащения с цементом, камеры второй очереди -- обычной гидравлической смесью. Крепление кровли камер производят анкерами с металлической сеткой. Камеры располагают перпендикулярно главным откаточным выработкам. Подготовка начинается с проведения штрека шириной 5,5 м и высотой 3,7 м на уровне верхнего до-ставочного горизонта по центру камеры до ее границ (рис. 4.2)'. Затем поперечное сечение штрека увеличивают на всю ширину камеры. После уборки руды кровлю полученной выработки крепят анкерами диаметром 16 мм и навинчивают металлическую сетку. Отбойку руды начинают на отрезную щель, образованную у границ одного из панельных целиков. При проведении нарезных выработок в камерах используют то же самоходное оборудование, что и при проведении уклонов и главных откаточных выработок -- 26-тонные автосамосвалы и ПДМ.

Рисунок 11. Камерно-столбовая система разработки на руднике Наван (Ирландия): 1 -- закладочный массин; 2 -- отбитая руда; 3 и 4 -- соответственно верхняя и нижняя подсечные выработки; 5 -- перемычка; 6 -- отрезной восстающий; 7 -- транспортный штрек

Для уменьшения сейсмического эффекта одновременно взрывают с миллисекундным замедлением не более 3--4 рядов скважин. В качестве ВВ используют динамит. Каждым взрывом отбивают 2700--3600 т руды. Компания осуществляет исследования по выявлению широкого диапазона интервалов замедления, позволяющего дистанционно взрывать большое число скважин, не выходя за пределы максимально допустимых * вибраций при массовых взрывах.

Применяемый на руднике погрузчик "Бройт" с емкостью ковша 1,9 м³ с дизельными приводом не имеет механизма передвижения. Он буксируется между забоями, перемещаясь на четырех колесах. В час погрузчик грузит до 300 т руды и может осущест-лять небольшие перемещения около навала породы, используя свой ковш для отталкивания. При погрузке колеса машины застопоривают.

Погрузчик изготовлен в Норвегии и широко используется в скандинавских странах при проходке туннелей, а также на карьерах ряда западноевропейских стран.

При транспортировке до 150м руду к рудоспускам доставляют самоходными ПДМ, а при большем расстоянии -- 26-тонными дизельными автосамосвалами.

Закладка камер первой очереди осуществляется классифицированными хвостами обогащения, смешанными с цементом в отношении 1:20 и подаваемыми по скважинам от поверхности до каждого действующего горизонта. Отсюда пульпа поступает по трубам в отдельные камеры.

Рисунок 12. Схема отработки рудного тела на руднике Сулливан (Канада): 1 -- наклонный ствол; 2 -- конвейерный уклон; 3 -- камера дробления руды; 4 -- бункер дробленой руды; 5 -- нижняя капитальная штольня; 6 -- бункер для кусковой руды; 7 -- главная штольня; 8 -- карьер; 9 -- камеры, заполненные гравием; 10 --отрабатываемый целик; 11--песчаный закладочный массив; 12 -- вентиляционный восстающий; 13 -- отрабатываемая камера

В настоящее время около 95 % руды добывается из целиков (высота их 39--76 м, ширина 9--46 м), расположенных между камерами. Применяют различные схемы их отработки с обрушением руды глубокими скважинами диаметром от 41 до 76 мм.

Длину их стараются выдерживать в пределах 18--26 м, но иногда она достигает и 30 м. Запасы обрушенной руды во вторичной камере составляют полугодовую добычу рудника.

Целики высотой 92 м обрушаются поэтапно с образованием отрезной щели. После взрывания "рудных корок" появляется некоторое разубоживание. При выпуске рудной массы необходимо вторичное дробление.

В результате отработки нижних горизонтов и применения массовой отбойки руды произошло обрушение пород висячего бока и растрескивание массива ранее оставленных целиков. Поступление свежего воздуха и воды с поверхности и по старым выработкам привело к интенсивному окислению сульфидной руды, оставленной в целиках на протяжении 10--30 лет. Эта руда склонна к самовозгоранию. Температура пород на границе с подземным пожаром в целике ^9-1 достигала 230 °С. Добыча руды в таких условиях представляет большую опасность из-за повышенной концентрации в рудничной атмосфере S0₂ и СО, высоких температур и пожароопасной пыли.

Целики по степени опасности разделены на следующие двй; класса: с очень горячей раскаленной рудой, склонной к спеканию (А), и теплой (Б) --с выделением C0₂,

Меры предосторожности, соблюдаемые на руднике, заключаются в следующем . На скреперном горизонте выпуск руды осуществляется только из одной дучки. Ликвидация зависаний производится лишь взрывным способом. Поскольку при работе скреперных тросов возможно искрообразование, то на отрезке 4,5 м по обе стороны от скрепера их заменяют цепями.

Основной особенностью погрузки горячей руды является сооружение бетонной перемычки между скреперной лебедкой и рудоспуском. В ней устроены отверстия минимального размера для перемещения троса, людей и обзора выработки. В выработки скреперования подается мощная струя свежего воздуха.

Установлены следующие правила при выемке целиков, относящихся к классам А и Б:

в очистных забоях работают по три человека в специальной защитной одежде и снабженные противогазами;

два человека заходят в скреперную выработку, а третий остается у входа;

не разрешается вести взрывные работы в соседних скреперных выработках;

к рабочей дучке с образовавшимся зависанием не разрешается подходить вдвоем.

Вторичное дробление осуществляется взрыванием только одного шпура. Используются патроны ВВ в асбестовой оболочке и электродетонаторы. Взрывание производится из специально оборудованной камеры. Все люди во время взрывания укрываются в этой камере. При отбойке горячей руды применяются водонапол-ненные ВВ и детонирующий шнур в асбестовой оболочке.

Для ликвидации высоких зависаний были испытаны снаряды с алюминизированным ВВ типа МС1М. Рудник обычно работает в 2 смены в течение 5 дней в неделю. При очень горячей руде работы ведутся непрерывно, со сменой бригад на рабочих местах. Быстрый выпуск руды позволяет снизить опасность возникновения пожара и избежать спекания руды. Выпуск ее из блока начинается из самой дальней от скреперной лебедки дучки, остальные -- изолируются бетонными перемычками. Оценка состояния руды производится в вагонетках или визуально в дучках. Осуществляется она и в потенциально "горячих" целиках с целью определения опасных в пожарном отношении зон. В случаях, когда встречается горячая руда, выпуск ведется до появления пустых пород. Если выходит раскаленная руда из дучки, то она закрывается бетонной перемычкой и выпуск продолжается из соседних участков. В рудоспусках и бункерах при поступлении горячей руды происходит ее цементация, особенно при наличии воды. Поэтому руда в них находится непродолжительное время. Проветривание мест разгрузки руды из рудоспусков осуществляется свежей струей. Используется также водяное орошение в погрузочных пунктах. Рудоспуски закрепляют бетоном или армируют стальными листами.

За всеми работами ведется тщательный надзор, замеряется температура во всех взрывных скважинах. Заряжание их производится в минимальные сроки для уменьшения времени соприкосновения ВВ с горячей рудой. При ее температуре от 54 до 65 °С используются только предохранительные ВВ, при 65--93° применяются предохранительные ВВ в сочетании со специальными мероприятиями, а при температуре выше 93 °С взрывные работы запрещаются.

На всех участках с пожароопасной рудой оборудованы спасательные станции для пребывания в них при аварийных ситуациях всех работающих в течение 24 ч. Особое внимание уделяется вентиляции пожароопасных зон и главным образом проветриванию скреперных выработок. Очень важно своевременно воздвигать перемычки в нерабочих дучках и скреперных выработках. Загазо-1 ванность и запыленность скреперных штреков требует увеличения скорости движения воздуха. Сначала для этой цели использовались вентиляторы частичного проветривания, которыми создавалось соответствующее движение воздуха в скреперных штреках. Однако большой его приток может способствовать возникновению пожаров. В настоящее время на исходящей струе скреперных штреков создают давление воздуха ниже атмосферного, что предотвращает проникновение воздуха через дучки к горячей руде.

Проведенный компанией анализ показал, что себестоимость добычи 1 т горячей руды с соблюдением всех мер безопасности увеличилась на 20--25 %, а извлечение металла снизилось из-за процесса окисления руды и изменения порядка выпуска.

В 1964 г. на руднике введена служба по механике горных пород. Ее первоначальными целями было оказание помощи в совершенствовании систем разработки, последовательности и интенсивности выемки; обеспечении наиболее безопасных и экономичных способов выемки рудных целиков и обеспечении извлечения камерного запаса после возобновления очистной выемки ниже гор. 1190м. Эта служба консультирует горняков по вопросам выбора поперечных сечений выработок и способов их поддержания. Инженеры по механике горных пород участвуют при разработке новых проектов, включая планирование отработки целиков.

С целью замеров смещений дневной поверхности и обрушения вышележащих пород на большой площади была создана обширная сеть наблюдательных станций. Для измерения сдвижения пород и напряжений в целиках использовались многопроволочные экс-5 тензометры. Цель исследований заключалась в замере опасного уровня напряжений в отдельных целиках и их группах. Среднее максимальное напряжение изменялось от 10 до 50 МПа, в отдельных случаях достигало 112 МПа. Эти замеры обеспечивают информацию, необходимую для оптимизации параметров системы разработки.

Годовая производительность рудника составляет около 2,5 млн. т Производительность труда подземного рабочего достигает 20 т/смену.

Системы применяют для отработки ценных руд в сложных горно-технических условиях.

Рисунок 13. Панельно-слоевая система разработки с гидравлической закладкой; 1 -- наклонная рудная залежь; 2 --закладка; 3 -- панельный штрек; 4 -- очистная заходка.

Конструктивное решение систем этого типа зависит от размеров и мощности залежи.

Примером однослойной выемки может служить практика рудника "Вуонос" (Финляндия), отрабатывающего пологую залежь крепких руд мощностью 5--6 м в неустойчивых кварцитах (рисунок 14). Разрезной штрек в центре камеры имеет ширину 6--7 м с углом наклона стенок 60°. В дальнейшем панели отрабатывают параллельными заходками шириной 6--7 м с одной из сторон разрезного штрека в двух забоях одновременно. Высота штрека и заходок равна мощности залежи. Применяют анкерное крепление кровли и гидравлическую закладку. В торце заходок сооружают бетонные перемычки толщиной 70см. Наклонные стенки заходок позволяют использовать материал малой прочности. Потери руды составляют 3 %, сменная производительность труда рабочего -- 9,5 т.

Примером двухслойной выемки является практика рудника Пальковице" (ПНР), отрабатывающего пологую залежь мощностью до 9м в относительно устойчивых известняках и доломитах (рисунок 14). Первоначально проходят верхнюю слоевую заходку шириной до 10м, имеющую вид траншеи. Работы ведут в двух встречных забоях (в одном -- бурение, в другом -- погрузка и транспортирование руды). Боковая сторона заходки со стороны закладочного массива ограждена щитами. После сбойки и крепления кровли и боковой стенки верхней заходки по всей длине панели начинают нарезать нижнюю заходку, оставляя со стороны закладочного массива временный целик шириной понизу 4м и поверху 2м. Для отбойки руды в нижней заходке применяют нисходящие вертикальные скважины. По мере выемки руды в нижней заходке

Рисунок 14. Схема сплошной выемки заходками с закладкой выработанного пространства: а и б -- соответственно планы верхнего и нижнего слоев; 1 -- верхняя слоевая заходка; 2 -- рудная залежь; 3 -- песчаная закладка; 4 -- ограждающие щиты; 5 -- временный ограждающий целик; 6 -- заезды на слоевые заходки; 7 -- нижняя заходка; 8 -- буровые скважины

ее боковую стенку со стороны рудного массива укрепляют щитами и анкерами. В последнюю очередь вынимают целик и выработанное пространство заполняют песчаной закладкой.

Система позволяет при большой мощности залежи и малопрочной закладке достичь высокой степени извлечения. Потери и ра-зубоживание руды находится на уровне 5--6 %.

Примером многослойной слоевой выемки руды является практика рудников Норильского ГМК.

В зависимости от устойчивости кровли применяют варианты с восходящим, нисходящим и комбинированным порядком выемки слоев.

При системе с комбинированным порядком выемки слоев верхний подкровельный слой отрабатывают с опережением (рисунок 16), остальную часть -- с восходящим порядком выемки слоев потол-коуступным забоем. Вариант применяют при слабых и неустойчивых породах кровли.

Параметры системы: длина панели 120 м, ширина ленты 8м, высота слоя 3--4 м, максимальная высота обнажения 7м, недоза-кладка выработанного пространства 3--3,5 м. Подготовка панели осуществляется ортами и вентиляционными закладочными выработками. Рудоспуски располагают на границе, посредине панели с выходом на каждую ленту (см. рисунок 15) или на флангах панелей с выходом на слоевые орты. Последнюю схему применяют при мощности залежи менее 12--15 м для сокращения числа рудоспусков за счет увеличения длины транспортирования.

Рисунок 15. Система разработки со сплошной слоевой выемкой руды (комбинированный порядок выемки слоев): 1 -- вентиляционно-ходовой восстающий; 2 -- рудоспуски; 3 -- вентиляционно-закладочный квершлаг; 4 -- верхний (подкровельный) слой; 5 -- слоевые орты; 6 и 7 -- соответственно вентиляционные восстающий и квершлаг; 8 -- выемочные слои; 9 -- откаточный квершлаг; 10 и 11 -- соответственно транспортный и фланговый съезды

Очистные работы ведут одновременно в двух-трех лентах с последовательным выполнением операций по бурению, взрыванию, погрузке -- доставке руды, креплению и закладке.

Отбойку руды осуществляют, как правило, крутонаклонными (55--70°) шпурами диаметром 42--56 мм и глубиной 4 м, уход забоя за цикл составляет 8,5 м, выход руды -- 1,5--2 м³/м.

К погрузке -- доставке руды приступают после набора закладкой прочности в верхней части слоя (через 1--3 сут) не менее 0,7 МПа для погрузочно-доставочных машин (ПДМ) с общей массой 15 т; 1 МПа --с массой 30 т и 1,5 МПа -- с массой 35--40 т. Цикл очистной выемки осуществляется за четыре смены. Время, затраченное на отработку слоя, равно 19 сут, продолжительность закладочных работ составляет 5 сут, а время затвердевания закладки --12 сут.

Значения производительности оборудования, применяемого при разработке месторождения системой со сплошной слоевой выемкой руды (комбинированный порядок выемки слоев), приведены ниже.

Бурильная установка:

"Симба 312" 160 м/смену

"Бумер 136" 78 м/ч

Погрузочно-транспортная машина ЛФ-12 1500 т/сут

При варианте с нисходящей слоевой выемкой рудное тело также разделяют на панели и подготовку осуществляют диагональным наклонным съездом. Опережение очистных работ в панели, по сравнению со смежной, должно быть не менее 30 м, а фронт очистной выемки может иметь горизонтальную или чаще ступенчатую форму. При этом расстояние между ближайшими стенками очистных заходок должно составлять не менее 8--24 м. Очистные работы в слоях ведут тупиковыми выработками сразу на все сечение или с предварительной проходкой разрезной выработки.

Параметры системы (вариант со слоевой выемкой руды) и показатели буровзрывных работ

На почве очистной заходки перед подачей закладки оставляют слой рудной мелочи высотой 0,3--0,5 м, на который укладывают пленку. Прочность закладки в кровле на момент ее обнажения должна быть не менее 8 МПа при толщине несущего слоя закладки не менее 2 м и ширине обнажения не более 8 м. С боковой стороны очистной ленты прочность закладки должна составлять не менее 1 МПа при высоте обнажения до 7 м. Угол наклона выемочных слоев должен быть не ниже (3--4°)' угла растяжения закладочной смеси. Основные технико-экономические показатели системы разработки со сплошной слоевой выемкой руды приведены в таблице 2

Таблица 2 - Основные ТЭП

Развитие систем разработки мощных пологих залежей происходит в направлении сокращения потерь руды в целиках, что достигается применением камерных систем с двухстадийной выемкой и твердеющей закладкой и систем со сплошной слоевой выемкой.

Эффективность разработки этими системами зависит от оптимизации параметров панелей, месторасположения рудоспусков, рациональной организации очистных, закладочных работ и их интенсификации.