Система разработки камер с подэтажной отбойкой руды скважинами

Бурение. Для бурения скважин из подэтажных штреков или ортов на отечественных рудниках применяют пневматические перфораторы со свинчивающимися бурами (телескопные и колонковые) или преимущественно при крепкой руде станки с погружными пневмоударниками. В отдельных случаях при средней крепости руды находит применение вращательное бурение твердосплавными коронками. На зарубежных рудниках в 40-х годах было распространено алмазное бурение, которое за последнее десятилетие в значительной мере вытеснено бурением пневматическими перфораторами.

Образование отрезной щели. Обычный способ образования отрезной щели из отрезного восстающего параллельными вертикальными скважинами состоит в следующем. После первого расширения восстающего нарезают открытые заходки вокруг образовавшейся уже щели для доступа к крайним участкам. Из этих заходок бурят и. взрывают вертикальные скважины, расширяя щель вдоль и поперек камеры. Затем вновь проходят открытые заходки и бурят скважины. Ширина отрезной щели 8—10 м.

При образовании отрезной щели на выемку руды затрачивается больше времени и средств, чем при отработке остальной части камеры. Поэтому заслуживают внимания варианты образования узкой отрезной щели.

Один из них, примененный в Криворожском бассейне на руднике им. Кирова, состоит в следующем (рис. 1). Открытую заходку нарезают 2-метровыми участками одновременно с образованием отрезной щели, с опережением на один участок. Из самой заходки не бурят в это время вертикальные скважины, поэтому щель имеет ширину около 2 м.

Другой вариант образования щели шириной 2—3 м применен на рудниках Зыряновского свинцового комбината при подэтажной отбойке восстающими штанговыми скважинами. После проведения отрезного восстающего из подэтажных рассечек бурят вертикальные скважины для образования отрезной щели. Руду отбивают подэтажами в нисходящем порядке. В подэтаже взрывают скважины в несколько приемов, отступая от восстающего; доступ к еще невзорванным скважинам осуществляется по почве рассечки.

На руднике «Заполярный» отрезные щели шириной 3,5—4,5 м образовывают из отрезного восстающего потолкоуступным забоем с магазинированием руды (рис. 2). Под будущей щелью проходят выпускные воронки, затем из подсечного штрека делают рассечки поперек камеры и начинают отбойку руды в щели горизонтальными шпурами; излишек руды выпускают. Спускаются в щель по приставной лестнице с вышележащего подэтажа. Верхний примерно двухметровый слой руды у контакта залежи обуривают телескопными перфораторами. Раньше на руднике пробовали отбивать руды в отрезной щели штанговыми скважинами, пробуренными колонковыми перфораторами на расстоянии около 1 м одна от другой.

Этот способ был более безопасным и производительным, но при нем ослаблялся междупанельный целик в торце камеры около щели. Последнее не имеет значения, если отрезная щель располагается посередине камеры или около контакта с вмещающими породами.

Система разработки камер с подэтажной отбойкой руды скважинами

Для уменьшения длины узкой отрезной щели, при образовании которой работы малопроизводительны, на руднике «Большевик». (Криворожский бассейн) в залежах мощностью 15— 25 м с углом падения 50—60° при разработке камер по простиранию применяют следующий порядок отработки камер (рис. 3). Отрезную щель шириной 2—3 м, длиной 6—8 м образовывают с одной стороны камеры вдоль висячего бока. У границы целика проходят подэтажные орты, из которых нарезают у висячего бока закрытые заходки. В торце заходок проходят отрезной восстающий; остальную часть руды в проектных контурах щели разбуривают из закрытых заходок восстающими штанговыми, скважинами. Взрывают скважины в несколько приемов, отступая от восстающего (при двусторонних заходках в последнюю очередь взрывают за один прием все скважины в одном крыле заходки). После образования отрезной щели (на границе с целиком отбивают из подэтажных ортов вертикальными веерами штанговых скважин ленту руды шириной 6—8 м. Производительность отбойки при этом не ниже чем при отработке остальной части камеры (в связи со слоистостью руды производительность работ по проходке выработок и отбойке руды вкрест простирания выше, чем по простиранию при прочих равных условиях). В остальной части камеры отбивают руду веерами штанговых скважин из подэтажных штреков, пройденных вдоль контактов залежи.

Для ускорения работ можно образовать отрезную щель сразу на полную высоту камеры этажными скважинами.

Порядок отработки подэтажей. Наиболее часто подвигание забоев на всех подэтажах производится равномерно (линия забоев всех подэтажей вертикальна).

Отработка с опережением нижних подэтажей допустима лишь при очень устойчивой руде во избежание самообрушения образовавшегося уступа. Скважины при отработке с опережением бурятся вниз, или вниз и вверх. Такой порядок работ применяют главным образом при магазинировании руды для поддержания недостаточно устойчивых боковых пород (медные рудники Урала),

В некоторых случаях, как например, на руднике Кэрр-Эддисон, подэтажи отрабатывают последовательно, снизу вверх. Отбойку руды ведут веерами скважин, пробуренных преимущественно сверху вниз. Фронт бурения в этом случае остается достаточно широким в связи с возможностью любого опережения бурения над отбойкой. Сосредоточение работ в одном подэтаже (или двух в переходные периоды) дает известные преимущества, связанные с повышением концентрации работ.

Верхние подэтажи отрабатывают с опережением при недостаточно устойчивой руде во избежание вывалов из груди забоя. Это дает возможность применять подэтажную отбойку при недостаточно устойчивой руде лишь в тех случаях, когда отсутствует рудная потолочина, что имеет место в пологих и наклонных залежах (а также при разработке слепых участков, раздувов и перегибов крутопадающих рудных тел).

Верхние подэтажи отрабатывают с опережением, например, на Дегтярском медном руднике при выемке камерами раздува линзы в сторону висячего бока (рис. 4). Устойчивость руды понижена наличием развитой системы трещин и зеркал скольжения. В висячем боку и, следовательно, в кровле камер породы ослаблены только на расстоянии около 1,5 м от контакта рудного тела. Отбивают руду из закрытых заходок и за счет наклона скважин выдерживают угол откоса забоя 70—80°, что придает массиву необходимую устойчивость. Ширина целиков около 15 м, зa счет вывалов руды они сужаются в средней части до 8—10 нерасположение скважин при отбойке руды в подэтажах. Различают отбойку из открытых или закрытых заходок, при которой скважины располагают параллельно, и отбойку, непосредственно из подэтажных штреков (ортов) веерами скважин.

Отбойка из открытых заходок небезопасна и связана с относительно трудоемкими работами по проведению заходок (бурение ручными перфораторами шпуров небольшой глубины при узком фронте работ, снижающем чистое время бурения; зачистка подошвы и оборка кровли). При этом способе отбойки бурильщик находится на относительно узкой берме под рудным выступом. Внезапное самообрушение рудных выступов при открытых заходках имело место на ряде отечественных и зарубежных рудников. Отбойку из открытых заходов применяют редко, в основном при разработке по простиранию залежей с неправильными контактами, где отбойка веерами скважин дает значительные потери и разубоживание руды за счет подрыва боковых пород.

Оригинальный вариант подэтажной отбойки применяется на зарубежном вольфрамовом руднике в Сиерре Неваде при разработке крутопадающей залежи мощностью более 6 м с крепкой, устойчивой рудой и неправильными контактами. Камеры располагают по простиранию, взрывные скважины бурят телескопными перфораторами, высота подэтажа 10,5—13,5 м. При отбойке веерами скважин наблюдался значительный подрыв боковых пород. Поэтому на подэтажах по всей площади камеры стали проходить сплошные горизонтальные щели высотой 2,5 м. Из щелей бурят параллельные вертикальные скважины.

В результате этого расход штангового бурения сократился в 1,7 раза, первичное дробление руды намного улучшилось, а разубоживание руды уменьшилось за счет детальной разведки рудных контуров на подэтажах.

По сравнению с отбойкой из открытых заходок этот вариант более производителен, так как при проходке щели и обуривании подэтажа фронт работ шире. Бурильщики работают далеко от края уступа, что повышает безопасность труда. Применение этого варианта допустимо лишь при достаточно устойчивой руде.

При пониженной устойчивости руды или непостоянстве ее физико-механических свойств иногда применяют отбойку из закрытых заходок, позволяющую и в этих условиях отбивать руду параллельными скважинами. Так, на Дегтярском медном руднике при трещиноватых рудах бурят погружными пневмоударниками из закрытых заходок параллельные скважины диаметром около 100 мм. В интервалах между заходками иногда бурят веера скважин из подэтажных ортов (cм. рис. 4).

На руднике им. Матросова при разработке крутопадающей залежи мощностью 10—20 м с переменными физико-механическими свойствами руды применяют подэтажную отбойку руды восстающими штанговыми скважинами; высота подэтажа 9 м. При отбойке из открытых заходок иногда происходило самообрушение руды и получался неровный отрыв руды скважинами после которого опасно было работать в открытых заходках. Поэтому перешли на отбойку из закрытых заходок сечением 2X2 м; отделенных от выработанного пространства целиком толщиной 1,7—2,0 м. Из каждой закрытой заходки бурят телескопными перфораторами скважины вертикально и под углом 65—80° в сторону отработанной части камеры; целик, ограждающий заходку, разбуривают горизонтальными шпурами.

Вариант отбойки из закрытых заходок связан с большим объемом нарезных работ и может быть применен как временный для обеспечения безопасности работ.

Следует шире применять отбойку веерами скважин не только при руде средней крепости, но и крепкой.

Наибольшая высота подэтажей и, следовательно, наименьший объем нарезных работ обеспечиваются при бурении скважин вверх и вниз. Такое расположение скважин применяют на ряде отечественных и зарубежных рудников. На рудниках Зыряновского свинцового комбината штанговые скважины бурят колонковыми перфораторами с боковой промывкой, подавая промывочную воду под давлением 10—15 ат; при бурении вниз скорость бурения снижается примерно в 1,5 раза; высота подэтажей 15—18 м. На одном из рудников химической промышленности в руде средней крепости скважины бурят станками ГЛ-1, высота подэтажа 27 м. На медно-никелевом руднике Фруд-Стоби (Канада) при бурении скважин диаметром 45 мм пневматическими перфораторами глубина нисходящих скважин достигает 19.5 м; на золотом руднике Кэрр-Эддисон (Канада) бурение скважин диаметром 45 мм производят станками алмазного бурения и колонковыми перфораторами, глубина скважин, пробуренных вверх, 6 м, вниз — 15 м; на: рудниках Интернейшнэл никел компани (Канада) бурят скважины колонковыми перфораторами вверх на глубину 10,5 м и вниз — 19,5 м, высота подэтажа 30 м.

Как видно из приведенных примеров, в зарубежной практике при подэтажной отбойке применяются перфораторы и бурят вниз более глубокие скважины, чем вверх. На некоторых рудниках, например Элеи (Канада), бурят колонковыми перфораторами только нисходящие и горизонтальные скважины при высоте подэтажа 21,5—29,0 м.

При подэтажной отбойке веерами скважин стенки камер нередко получаются неровными, камера постепенно сужается по мере удаления от отрезной щели, целик у границ растрескивается. Bo избежание этого на ряде рудников, в частности Элен, Кэрр-Эддисон, Интернейшнэл никел компани, нарезают на каждом подэтаже по два орта вдоль границ камеры и бурят из них для оформления целиков вертикальные скважины, которые обычно взрывают с замедлением по отношению к остальным скважинам веера. С этой же целью можно располагать орты в шахматном порядке, поочередно с той и другой стороны камеры. В обоих этих случаях возрастает объем нарезных работ.

На рудниках Зыряновского комбината подэтажная отбойка производится веерами штанговых скважин из ортов, пройденных по оси камеры (рис. 5). Раньше на рудниках после взрывания в подэтаже нескольких вееров скважин нарезали из подэтажного орта закрытую заходку и из нее бурили ряд параллельных скважин, предназначенных для выравнивания стенок камеры (рис. 5, а). Однако при отбойке штанговыми скважинами крепкой руды л.н.с. не превышала 2 м, и закрытую заходку отделял от выработанного пространства тонкий целик, ослабленный взрыванием скважин. Работать в таких заходках было опасно и от этой схемы работ отказались. В настоящее время в некоторых камерах располагают веера скважин не в одной плоскости, как обычно, а с наклоном на 5—10° по длине камеры (рис. 5,б). Этим обеспечивается отбойка руды в границах камеры без значительного ослабления междукамерных целиков и увеличения объема нарезных работ.

Таким образом, при подэтажной отбойке в большинстве случаев, за исключением залежей средней и, конечно, малой мощности с неправильными контактами, целесообразно веерное расположение скважин.

С точки зрения безопасности и организации работ желательно опережение бурения над отбойкой, однако пробуренные с опережением скважины могут нарушаться при взрывах. Во избежание этого целесообразно увеличивать интервал между крайними веерами скважин. Например, на руднике Ламак (Канада) за один прием взрывают по четыре веера скважин, расположенных через 1,05 м; между четвертым и пятым веером увеличивают расстояние до 1,8 м.

Условия применения системы разработки камер с подэтажной отбойкой руды. Подэтажная отбойка в камерах противопоставляется главным образом отбойке глубокими этажными или горизонтальными скважинами и заслуживает предпочтения при: 1) разработке залежей ограниченной мощности с неправильными контактами (на рудниках Зыряновского свинцового комбината применяют подэтажную отбойку в камерах при мощности рудных тел приблизительно до 10 м, на Высокогорном железном руднике — до 15 м); 2) крепких, но кливажных рудах, где применение скважин большого диаметра связано с плохим дроблением руды или разрушением целиков (по крепким породам станки, имеющиеся на рудниках России, бурят с достаточной скоростью глубокие скважины диаметром 100—150 мм).