Система разработки с естественным поддержанием очистного пространства (класс I)

Систему применяют, главным образом, при разработке крепких и устойчивых руд с разнообразной формой рудного тела и различным углом падения в устойчивых вмещающих породах. При малой устойчивости вмещающих пород ее можно применять только в мощных залежах при условии оставления предохранительных целиков около слабых боковых пород.

Очистное пространство поддерживается за счет естественной устойчивости руды и вмещающих пород или магазинирования руды (частичного или полного).

Руда отбивается и извлекается либо сплошным забоем сразу на всю мощность, либо слоями (вертикальными или горизонтальными).

Для систем характерны: высокая производительность труда рабочих; интенсивность разработки месторождения; низкая себестоимость добычи; малое разубоживание руды (исключая условия отработки тонких жил); сравнительно большие потери руды в целиках.

Наиболее распространенными системами данного класса являются:

- сплошная система разработки;

- камерно-столбовая система;

- камерная система разработки (в чистом виде и с выемкой камер, подлежащих последующей закладке);

- система разработки с отбойкой из магазина.

Сплошную систему разработки применяют в основном в пологих и наклонных залежах малой и средней мощности и при не очень ценной руде (в связи со значительными потерями ее в целиках).

Панели, на которые нарезают шахтное поле, отрабатывают без деления на блоки. Забой располагают по всей ширине панели. Выемку руды ведут на полную мощность залежи или двумя-тремя слоями по высоте, начиная с верхнего. Кровля поддерживается постоянными целиками — сплошными по границам панели и столбообразными внутри панели. При добыче ценной руды рудные целики заменяют искусственными опорами. Руду доставляют механизированным способом по почве залежи. При наличии в кровле неустойчивых пород применяют штанговое крепление.

При скреперной доставке руды для электровозной откатки главный и панельный штреки обычно нарезают в подстилающих породах, а в рудном теле для сообщения проводят панельные штреки, которые соединяют рудоспусками и ходками с откаточными штреками. Для начала работ в панели рудные панельные штреки соединяют разрезным штреком.

Ширину панелей обычно принимают равной 200—300 м при самоходном оборудовании и 80—150 м — при скреперной доставке. Ширина панельных целиков составляет 10—40 м (в зависимости от глубины разработки). Расстояние между опорными целиками диаметром 3—10 м составляет 8—20 м.

В вариантах с применением самоходного оборудования руду отбивают шпуровыми зарядами глубиной 2—4,5 м, которые бурят с помощью самоходных бурильных установок, а заряжают — с самоходных площадок. Скважинные заряды применяют редко во избежание нарушения кровли и целиков.

При расстоянии доставки до 200—300 м используют самоходные погрузочно-транспортные машины, при большем — экскаваторы или погрузочные машины в комплексе с автосамосвалами. Для зачистки дорог и сгребания взорванной руды в навал используют ковшовые погрузчики или бульдозеры. Осмотр и оборку кровли производят с самоходных площадок. Проветривание осуществляется от общешахтной струи, которую из штреков в очистное пространство направляют через ближние сбойки, для чего другие сбойки перекрывают. Для отвода загрязненного воздуха под кровлей проводят вентиляционный штрек.

Скреперная доставка применяется при малой мощности или малом размере залежи.

При высоте очистного пространства более 3—4 м кровлю освещают прожекторами. Пути движения людей прокладывают только вдоль линии целиков и забоев.

Сменная производительность труда забойного рабочего составляет 70—170 т в вариантах с самоходным оборудованием, 30—60 т — при переносном, месячная производительность забоя — соответственно 30—60 и 4—12 тыс. т.

Камерно-столбовая система (рис. 5.1) отличается от сплошной тем, что с целью увеличения числа забоев панель вынимают отдельными камерами, между которыми оставляют опорные целики — сплошные при малоценной руде, в виде столбов в других случаях. Целики могут быть постоянными и временными, извлекаемыми частично или полностью.

Условия применения камерно-столбовой системы практически те же, что и для сплошной. Предпочтение отдается в следующих случаях: менее устойчивые руды и вмещающие породы; повышенное горное давление; наклонное залегание рудного тела; необходимость усреднения качества рудной массы; более ценная руда. Ширина камер 8—20 м. Рудный панельный штрек сбивают с каждой камерой. Руду отбивают шпуровыми зарядами. На очистной выемке применяют самоходное или переносное оборудование, в том числе и скреперные установки мощностью 50—100 кВт. При мощности залежи до 5 м камеру вынимают одним слоем, при большей — слоями по 4—5 м, начиная с верхнего. Проветривание осуществляют сквозной струей.

Доставку руды самоходным оборудованием применяют при угле падения залежей до 20—25° взрывную доставку — при угле падения 25—45°.

В вариантах с доставкой руды самоходными машинами камеры располагают по простиранию залежи, при взрыводоставке — по восстанию, междукамерные целики — сплошные.

Целики в камерно-столбовых системах извлекают с обрушением кровли или искусственным поддержанием очистного пространства, а при отработке месторождений ценных руд — с последующей закладкой камер.

По производительности труда рабочего и показателям извлечения руды камерно-столбовая система разработки близка к сплошной при том же оборудовании. Расход подготовительно-нарезных выработок при изолированных целиках составляет 3—5 м/1000 т, при ленточных — 5—7 м/ 1000 т.

Особенности камерно-столбовой системы при добыче калийных солей заключаются в том, что ширина целиков составляет 0,5—0,9 ширины камер, целики могут быть жесткий (обычный вариант) и податливыми — более узкими, разрушающимися постепенно и обеспечивающими плавность посадки крепи.

Отбойка в основном (95 %) механическая — комбайнами.

В варианте с жесткими целиками каждая очистная камера состоит из двух-трех выработок (комбайновых «ходов»), разделенных целиками шириной I —1,2 м. Между камерами оставляют опорные целики шириной 4—9 м. Длина камер до 200 м. Высота камер равна высоте «хода» (диаметру комбайна).

В варианте с податливыми целиками между всеми комбайновыми «ходами» оставляют целики шириной I —1,2 м (опорных целиков не оставляют). Разрушение целиков и опускание кровли происходит сразу же после выемки камер.

Свежий воздух попадает из панельных транспортного и конвейерного штреков в блоковые выработки. В очистные камеры его нагнетают вентиляторами местного проветривания по прорезиненным трубам.

Панели погашают в отступающем порядке, в направлении от границ шахтного поля к главным штрекам. В одной панели вынимают одновременно до четырех блоков, в каждом из которых работает, как правило, по одному комбайну. Опережение очистных работ в соседних блоках не должно превышать 50 м.

Особенности камерно-столбовой системы при добыче пильного камня заключается в том, что габариты выпиливаемых блоков обусловлены технологией промышленного и гражданского строительства.

При мощности пласта 2,5—3 м применяют однослойную выемку, при большей — многослойную.

Месторождение обычно вскрывают штольнями, реже — стволами. Шахтное поле откаточными и вентиляционными штреками делят на панели.

Камеры чаще располагают вкрест простирания, ширина камер 3,2—12 м. Высота камеры (или слоя при многослойной выемке) определяется техническими возможностями камнерезных машин и составляет 2,4-2,5 м.

Очистной забой располагают в торце или по длинной стороне камеры. Крупные блоки выпиливают одновременно тремя торце-фрезерными машинами, две из которых работают на уступе и создают вертикальные продольные и поперечные пропилы, третья — предуступная — подрезает блок снизу. Подрезанный блок ложится на трубки торце-фреза, после чего его доставляют до пункта перегрузки на откаточную платформу.

Отсасываемые продукты пиления складируются и могут быть использованы в дальнейшем при производстве искусственных строительных материалов.

Камерная система разработки имеет две основные разновидности, известные в горной литературе под названиями «этажно-камерная система разработки» и «система разработки с подэтажной отбойкой» («система подэтажных штреков»).

Мощные крутые залежи отрабатывают камерами с оставлением целиков; руду отбивают скважинами, пробуренными из подэтажных ортов или штреков (подэтажная отбойка) или из выработок основного (откаточного) горизонта (этажная отбойка).

В начале 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. Часть руды иногда магазинируют. После выемки камер целики погашают.

Условия применения: руда и боковые породы устойчивые, мощность залежи любая при крутом падении, не менее 10—20 м — при пологом и наклонном.

В залежах малой и средней мощности камеры располагают по простиранию, в мощных — вкрест простирания. Высота этажа ограничивается устойчивостью обнаженных боковых пород и колеблется от 50—-60 м в залежах малой и средней мощности до 100—170 м — в залежах средней мощности и мощных с крепкой устойчивой рудой и очень крутым падением. В обособленных трубообразных залежах с небольшой длиной по простиранию высота этажа может быть увеличена до 300 м.

Высота подэтажа в зависимости от применяемых способа отбойки и типов бурового оборудования колеблется от 8—12 до 30—40 м. Ширина камер при расположении их по простиранию равна мощности залежи, длина 30—60 м (в зависимости от устойчивости боковых пород). При расположении камер вкрест простирания их длина равна мощности залежи, ширина 10—30 м (в зависимости от устойчивости потолочины или боковых пород).

Ширина междукамерных целиков (МКЦ) 8—15 м.

Залежи средней мощности с небольшой длиной по простиранию или падению отрабатывают иногда одной камерой без оставления целиков. Если такая залежь вытянута по падению, то оставляют только междуэтажные целики (потолочины), если по простиранию — только междукамерные.

При пологом и наклонном падении залежи выпускные выработки размещаются верхней частью в рудном теле — в подстилающих породах.

Высота основания камеры от почвы откаточного горизонта до гребней траншей или воронок составляет 14—20 м при раздельных горизонтах доставки и транспортирования руды. Толщина потолочины 5—10 м.

Междуэтажный целик располагают горизонтально или с наклоном к лежачему боку. При наклонном целике увеличивается запас руды на пункт выпуска, но наклонное расположение целесообразно 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 камерной системе с подэтажной отбойкой и донным выпуском руды (рис. 5.2) блоковые восстающие при разработке по простиранию располагают в целиках, а при разработке вкрест простирания — в камерах или целиках. В последнем случае на подэтажах из восстающих в камеры пробивают штреки, которые в дальнейшем вместе с восстающими могут быть использованы для погашения целиков.

Подэтажные штреки (орты) нарезают по всей длине камеры. При формировании выпускных траншей руду отбивают так же, как и в камерах, при выпуске через воронки подсечка камеры опережает отбойку уступов на 1—2 воронки.

Отрезную щель формируют взрыванием вертикальных скважин на отрезной восстающий в подэтажах на всю ширину камеры. На отрезную щель отбивают руду скважинами из уступов в отступающем порядке. Скважины бурят веерами или параллельными рядами из подэтажных штреков или ортов. При бурении скважин вверх они остаются сухими до заряжания, при бурении вверх и вниз сокращается число подэтажей.

Общую линию забоев выдерживают в положении, близком к вертикальному, или под углом 70—80° в сторону массива. Забои взрывают сразу по всей высоте камеры или поочередно подэтажами, если необходимо уменьшить сейсмическое действие взрыва. Опережение нижних подэтажей допустимо лишь при очень устойчивой руде.

Выпуск и последующую доставку руды ведут с помощью питателей, самоходного оборудования или скреперных установок. При разработке залежей малой и средней мощности и хорошем дроблении руду из очистного пространства выпускают непосредственно в вагоны через люки.

Проветривание блока осуществляется следующим образом.

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 проветривают отдельной струей.

Камерная система с этажной отбойкой, именуемая этажно-камерной системой, отличается от подэтажно-камерной увеличенными глубиной и диаметром скважин. Камеры разбуривают на всю высоту с одного горизонта (иногда на всю длину из периферийных выработок).

Условия применения: мощность залежи не ниже средней; правильные контакты руды с вмещающими породами; руда мелкоблочная или монолитная.

Отбойку ведут вертикальными или крутонаклонными (по падению залежи) слоями на отрезную щель. Буровые станки работают в горизонтальной выработке на одном горизонте. При высоте камер 30—35 м скважины бурят снизу вверх из подсечных ортов или штреков. При отбойке руды горизонтальными слоями предварительно формируется подсечка. При веерном расположении горизонтальных скважин станки устанавливают в нишах, высеченных из восстающих. Слои разбуривают попеременно из камер (ниш), расположенных в противоположных углах блока. На отдельных рудниках горизонтальные скважины (веера скважин) бурят из восстающих с подвесного полка легким буровым станком или мощным перфоратором.

Особо крепкие руды можно отбивать с помощью так называемых вертикальных концентрированных зарядов (ВКЗ), размещаемых в тупиковых восстающих диаметром 1,1—1,2 м, устье которых герметизируется. Такие восстающие проходят с горизонта воронок на всю высоту этажа. Линия наименьшего сопротивления при этом составляет 15—18 м. Для снижения сейсмического воздействия от взрыва ВКЗ на массив и горные выработки в заряде формируются воздушные промежутки.

Выпускные воронки можно образовывать по всей площади камеры или под небольшой ее частью. В последнем случае на остальной площади камер их почву располагают наклонно, а руду с периферии доставляют силой взрыва.

Камерная система с торцовым выпуском руды (рис. 5.3) может применяться в мощных залежах, когда целики не извлекают или камеры подлежат последующей закладке.

Отбойка — подэтажная или этажная в зажиме, вертикальными или крутонаклонными слоями, начиная с отрезной щели. 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 веерами взрывных скважин. По мере погашения целика производят общий выпуск руды. На выпуске и доставке применяют самоходное оборудование или передвижной вибропитатель с секционным виброконвейером или бункер-поездом.

Особенности выемки камер, подлежащих последующей твердеющей закладке, заключаются в том, что при заложенных твердеющей закладкой камерах целики (вторичные камеры) вынимают так же, как и первичные камеры.

Первичные камеры оконтуривают по возможности ровнее, чтобы уменьшить засорение закладкой руды, вынимаемой из вторичных камер. Веера располагают так, чтобы крайние скважины были параллельны контуру камеры или торцы их не выходили за пределы этого контура.

При донном выпуске основание камеры (днище блока) может быть рудным или из искусственных материалов. Рудное основание вынимают после того, как закладка в камере затвердеет и обретет достаточную прочность, чтобы не обрушаться. При искусственном основании сначала вынимают руду из нижней части камеры, устанавливают опалубку для образования выпускных и доставочных выработок и затем подают твердеющую закладку с повышенным содержанием вяжущего, чтобы обеспечить высокую прочность искусственного днища. После затвердения закладки отбивают основной массив камеры и выпускают руду через выработки искусственного днища. Искусственное основание может быть выполнено в виде оградительной крепи и железобетонного свода, опирающегося на бетонные стены с окнами для выпуска руды.