Системы этажного принудительного обрушения с компенсационными камерами

При этих системах после выемки компенсационных камер всю остальную часть блока обрушают за один прием; общим выпуск руды производят под налегающими обрушенными породами.

Камеры бывают вертикальные или горизонтальные, называемые подсечными.

Компенсационное пространство должно быть достаточным для того, чтобы взрываемая в последующем руда была раздроблена, но не переуплотнена в отбитом состоянии.

Вопрос об оптимальной с этих точек зрения величине компенсационного пространства является пока еще спорным.

В практике объем компенсационных камер изменяется от 10—20 до 30—40% объема блока. Меньшие значения относятся к условиям разработки малоустойчивых руд, в которых не удается извлечь камерами более значительную часть блока. На некоторых рудниках, как например, на руднике им. 40-летия ВЛКСМ Лениногорского полиметаллического комбината, снижают до минимума объем компенсационных камер (подсечного пространства) с тем, чтобы по возможности уменьшить числи массовых взрывов.

При сравнительно малом объеме компенсационного пространства оно начинает более напоминать не камеры, а подсечное пространство или отрезную щель.

Система этажного принудительного обрушения с вертикальными компенсационными камерами встречается в следующих вариантах: 1) с отбойкой руды этажными скважинами (при этом междуэтажный целик или, иногда, в случае пологого залегания, верхнюю часть рудного тела разбуривают горизонтальными и наклонными скважинами); 2) с отбойкой руды в камерах и целиках глубокими горизонтальными и наклонными скважинами; 3) с отбойкой восходящими вертикальными и крутонаклонными глубокими скважинами; 4) с отбойкой подэтажной, из магазинов или восходящими глубокими скважинами в камерах и обрушенным остальной части блока, глубокими скважинами или сосредоточенными зарядами.

Образование вертикальных компенсационных камер производится в основном теми же методами, что и выемка камер, а обрушение остальной части блока существенно не отличается от этажного обрушения целиков.

Горизонтальные компенсационные камеры вынимаются в нижней части блока на возможно большей площади.

Отбойку руды при этом производят восходящими штанговыми скважинами или скважинами, пробуренными пневмоударниками. Применяются также горизонтальные и слабонаклонные скважины шарошечного или пневмоударного бурения, которые обычно взрываются за один прием в пределах всего компенсационного пространства блока. В некоторых случаях, при высоте камер 4—5 м и очень крепкой руде, образовывают подсечное пространство шпуровым методом, потолкоуступным забоем с магазинированием. Руду отбивают в два слоя.

При массовом взрыве в первую очередь обрушают целики, оставленные между компенсационными камерами, затем остальной массив блока.

Обрушение производят глубокими горизонтальными (слабонаклонными) скважинами или сосредоточенными зарядами, с замедлением по горизонтальным слоям.

Этажное принудительное обрушение с горизонтальными компенсационными камерами применяют в Криворожском бассейне при средней крепости руды.

Предварительно блок подсекают на высоту около 10 м с отбойкой восходящими скважинами, оставляя возможно более тонкие целики на границе с обрушенным пространством и посередине блока для уменьшения площади обнажения. Целики эти разбуривают восходящими скважинами, а остальную часть блока — веерами горизонтальных скважин.

Сначала взрывают целик на уровне подсечки посередине блока, при устойчивой руде вместе с обрушением целика взрывают один-два нижних веера горизонтальных скважин (л.н.с. 3,5—5 м). Отбитую руду выпускают; после этого объем компенсационного пространства достигает приблизительно одной трети объема блока. Остальные скважины в блоке взрывают за один прием очередями с замедлением верхних вееров.

При недостаточно устойчивой руде на криворожском руднике им. Ф.Э. Дзержинского обрушение первых слоев руды сопровождалось крупными вывалами руды из подсеченного массива и потерей части пробуренных скважин. Поэтому после подсечки стали взрывать все горизонтальные скважины за один прием с замедлением верхних комплектов, в результате этого объем компенсационного пространства уменьшился до 10—15%.

На руднике им. 40-летия ВЛКСМ Лениногорского комбината разрабатывают пологие мощные залежи очень крепкой руды.

У коллектива этого рудника возникли оригинальные соображения по выбору системы разработки. Оруденелые микрокварциты подвергнуты напластованию и серицитизации. Послойная отбойка скважинами вызывает нарушения в выработках, соединенных с очистным пространством, которые используются для бурения и заряжания скважин и выпуска руды. В результате требуется большой объем восстановительных работ, а главное — снижается безопасность труда.

Чем больше число массовых взрывов, хотя бы и сравнительно некрупных, тем труднее приводить выработки в безопасное состояние.

Сейсмическое действие взрыва на этом руднике не отражается на сохранности здании и сооружений на дневной поверхности.

Большая часть сил и средств, затрачиваемых на вспомогательные работы при массовых взрывах, (организация доставки BB, сооружение вентиляционных перемычек, оцепление зоны взрыва, работа главного вентилятора, демонтаж и монтаж оборудования и коммуникаций, осмотр и восстановление выработок после взрыва и т. п.) мало зависит от объема взрыва. Один очень крупный взрыв обходится поэтому много дешевле нескольких массовых взрывов того же суммарного объема. Как показывает анализ практических данных, при взрывании в скважинах за одни прием лишь по 3—5 т BB проведение взрывов требует таких же больших затрат труда, как бурение скважин.

В результате на руднике им. 40-летия ВЛКСМ считают, что: 1) желательно обрушать блок руды одним массовым взрывом; 2) если нельзя ограничиться одним массовым взрывом, то выработки, предназначенные для заряжания (и бурения) скважин второго и последующих массовых взрывов, не должны соединяться с очистным пространством.

По этим соображениям в условиях пологих залежей мощностью 15—40 м применяют этажное принудительное обрушение с горизонтальными компенсационными камерами минимального объема — около 20% объема блока. При высоте подсечного пространства (компенсационных камер) 4—5 м руду в нем отбивают шпурами, потолкоуступным забоем с магазинированием. При большей высоте шпуровым методом производят только двухметровую подсечку, а остальную часть компенсационного пространства образуют одним взрывом горизонтальных и наклонных скважин. Выработки, из которых бурились эти скважины, погашаются или, если они подлежат дальнейшему использованию, охраняются целиком толщиной около 5 м, для образования которого недозаряжают скважины со стороны устья.

Эта разновидность этажного принудительного обрушения близка к Криворожскому варианту, поэтому изложенные причины ее применения интересны как новое обоснование широко известной конструкции системы разработки.

На Лениногорском руднике того же комбината применяют этажное обрушение сосредоточенными зарядами на горизонтальные компенсационные камеры, равные по объему не менее чем одной третьей части блока. При меньшем объеме руда спрессовывается и для выпуска ее требуется рыхление взрывными работами. В компенсационных камерах отбивают руду восходящими скважинами пневмоударного бурения из подсечных траншей.

Горизонтальное расположение компенсационных камер имеет следующие преимущества.

1. В каждом обрушаемом слое условия компенсации разрыхления руды приблизительно одинаковы по всей его площади: в момент обрушения слой контактирует на всей площади или с открытым пространством или с отбитой рудой, что способствует равномерному дроблению руды. При обрушении блока на вертикальные камеры часть блока, взрываемая с замедлением, зажимается отбитой рудой лишь в основании.

2. Горизонтальными скважинами блок в основной своей части разбуривается без деления на камеры и целики, что позволяет ограничить объем буровых, вентиляционных и соединительных выработок.

3. В горизонтальных камерах, представляющих собой подсечное пространство, отбивают руду восходящими скважинами из подсечных выработок, что также сокращает объем нарезных работ.

4. В определенных условиях как указывалось выше стремятся к обрушению блока одним массовым взрывом или во всяком случае пытаются уменьшить число массовых взрывов. Горизонтальное расположение компенсационных камер благоприятствует этому, так как горизонтальные камеры включают, подсечку и имеют наименьший объем. Таким образом, за один прием обрушается максимальная часть блока.

Недостаток горизонтальных компенсационных камер заключается в большом обнажении рудного массива.

Горизонтальное расположение камер приемлемо в случаях массового обрушения блока руды горизонтальными (слабонаклонными) скважинами или сосредоточенными зарядами.

Применению горизонтальных камер благоприятствует пониженная устойчивость руды в верхней части блока. В этом случае выемка вертикальных камер затрудняется или исключается При горизонтальных камерах можно ограничиться небольшой высотой компенсационного пространства в расчете на доизмельчение руды из верхних слоев блока при выпуске.

Известен вариант этажного принудительного обрушения с компенсационными штреками, примененный на медном руднике Урала. В нарушенном рудном массиве, контактирующем по висячему боку с заложенным выработанным пространством, провели подэтажные штреки и орты в объеме 10—12%, разбурили руду штанговыми скважинами, заложили в подэтажные выработки сосредоточенные заряды и обрушили блок за один прием.

Системы этажного принудительного обрушения с компенсационными камерами применяются в мощных месторождениях с устойчивой и средней устойчивости рудой. При пониженной устойчивости руды размеры камер уменьшают, а у контакта залежи со слабыми боковыми породами при выемке камер оставляют временные целики, обрушаемые вместе с основной частью блока. В малоустойчивой руде для компенсации образуют вертикальные щели, производят подсечку штанговыми скважинами пли, в крайнем случае, проходят подэтажные штреки и орты.

Извлечение руды резко снижается при слеживающейся руде и большой подвижности налегающих обрушенных пород, а также при ограниченной мощности залежи и неустойчивых породах висячего бока, обрушающихся вслед за выпуском руды.

В условиях очень мощных, а также пологих залежей при большом горном давлении предъявляются следующие требования к порядку отработки этажа:

1. Размеры выемочного блока в плане должны быть сравнительно небольшими (не более 40—50 м в поперечнике). Это необходимо, чтобы днище блока при выпуске руды частично разгружалась от веса вышележащих пород за счет трения руды (и пород) о стенки блока.

2. Обрушенный блок, из которого выпускают руду, должен не менее чем с трех сторон по периметру граничить с массивом или уже уплотнившимися обрушенными породами, которые могут воспринять на себя часть давления от веса пород над блоком.

3. В крутоподающих месторождениях в направлении вкрест простирания в первую очередь должны отрабатываться блоки, расположенные у лежачего блока. Если сначала вынимаются блоки висячего бока, то в оставшихся блоках под влиянием опорного давления происходит сдвижение массива по плоскостям естественных ослаблений, согласованным с падением залежи и обычно наиболее развитым.

4. Число целиков и рудных выступов в плане должно быть минимальным, так как они подвергаются большому опорному давлению и потому отрабатываются в очень трудных условиях.