Система разработки горизонтальными слоями с закладкой

Система разработки получила в последние годы большое распространение в связи с рядом ее существенных достоинств: наличием благоприятных условий для широкого применения самоходных машин, незначительными потерями руды, возможностью отрабатывать рудные тела неправильных форм, залегающих в сложных горно-геологических условиях и т. д. Система имеет много вариантов, в частности, с учетом мощности, угла падения, устойчивости руд.

Далее рассмотрены два варианта системы разработки: горизонтальными слоями с восходящей выемкой и горизонтальными слоями с твердеющей закладкой и нисходящей выемкой.

Систему с восходящей выемкой применяют преимущественно для отработки крутопадающих тел достаточно ценных устойчивых руд при неустойчивых вмещающих породах, а также когда требуется избежать нарушений земной поверхности.

В качестве закладки используют породы проходческих забоев, песчано-гравийные смеси, тощие бетонные смеси. В последние десятилетия получила распространение гидравлическая закладка, имеющая неоспоримые преимущества: возможность комплексной механизации и автоматизации приготовления закладочной смеси, подача пульпы в блок за счет естественного напора, простота технологии закладки, относительно небольшая усадка закладочного массива, довольно высокая производительность закладочных работ и относительно невысокие затраты. Недостатки связаны с отводом воды из закладочного массива, высокой влажностью и загрязнением шахты.

Параметры блока определяются размерами рудной залежи, в первую очередь, мощностью и применяемым самоходным оборудованием. Высота блока при разработке крутопадающих рудных тел составляет 60…80 м, длина определяется доставочным оборудованием и при использовании ковшовых ПТМ достигает 100…300 м. При выемке маломощных жил и скреперной доставке руды длина блока равна 30…60 м, в последнем случае закладку подают по центральному восстающему, а скреперные лебедки размещают на фланговых.

Высота отбиваемого слоя обусловливается принятым буровым оборудованием (телескопные перфораторы, самоходные бурильные установки) и расположением шпуров и колеблется в пределах 2…4 м. Высота незаложенного пространства при этом составляет 4…7 м, что не вызывает осложнений при неустойчивых вмещающих породах.

На рис. 3.1 изображена схема системы разработки горизонтальными слоями с гидравлической закладкой и применением комплекса самоходных машин.

Подготовка блока включает проходку откаточного штрека в породах лежачего бока, откаточного орта, на флангах – блоковых восстающих, диагонального наклонного съезда. Для сбора воды, фильтрующейся из закладочного массива, по центру блока проходят дренажный орт и водоотстойник.

В ходе очистной выемки на флангах блока наращивают рудоспуски бетонными или металлическими кольцами; в центре – дренажный восстающий.

Нарезные работы включают отработку подсечного слоя над кровлей выработок откаточного горизонта. Почва слоя имеет уклон 3…5⁰ в сторону дренажного орта для стока воды. Для улучшения фильтрации воды на почву подсечного слоя укладывают слой щебня из скальных проходческих пород.

Очистную выемку слоя начинают в обе стороны от сбойки с наклонным диагональным съездом. Отбойку руды выполняют, как правило, восходящими шпурами диаметром 40…56 мм, длиной до 4 м и более, что дает возможность совмещать бурение шпуров и доставку руды. Для безопасного проезда погрузочно-доставочных машин к рудоспускам между поверхностью закладки и рудным массивом предусматривается свободное пространство 3 м.

Доставку руды производят ковшовыми погрузочно-доставочными машинами с дизельным или электрическим приводом.

В последнем случае в блоке улучшается состояние рудничной атмосферы. В зависимости от мощности рудного тела грузоподъемность ПТМ принимают 2…16 т.

После частичной или полной отработки слоя приступают к его закладке. Подготовительные работы включают наращивание рудоспусков и дренажного восстающего, сооружение изолирующих перемычек, закрепление закладочного пульпопровода, наращивание фильтрационных труб для ускорения отбора воды из закладки. Уложенная закладка даже после отдачи основной массы воды имеет низкую проходимость для тяжелых ПТМ, поэтому чтобы создать благоприятные условия для передвижения самоходных машин, поверх закладки устраивают бетонное покрытие толщиной 100…300 мм, используя цементно-песчаные растворы с добавкой ускорителей схватывания.

В качестве закладочного материала применяют дробленые до крупности 30…40 мм проходческие породы (одновременно решая проблему их размещения) а также хвосты обогатительных фабрик.

Блок проветривают сквозной вентиляционной струей. Воздух поступает с откаточного горизонта по блоковым восстающим.

По безопасности система не отличается от других и не относится к потенциально опасным. Внимание уделяют оборке заколов с обнаженных поверхностей. При недостаточной устойчивости руды ее обнажения крепят временной анкерной крепью.

Потери руды составляют 3…7 %, разубоживание – 8…10 %, объем подготовительно-нарезных работ – 18…60 м³/1000 т, производительность труда – 30…40 т/чел.смену.

Систему разработки горизонтальными слоями с твердеющей закладкой и нисходящей выемкой (нисходящая слоевая выемка с твердеющей закладкой) широко применяют при разработке неустойчивых руд, ранее отрабатываемых в основном системой слоевого обрушения, весьма трудоемкой и потенциально опасной.

Сущность системы (рис. 3.2) состоит в том, что блок отрабатывают слоями сверху вниз, создавая при этом искусственную кровлю с помощью твердеющей закладки. Каждый слой отрабатывают заходками – элементарной очистной выработкой. Отработанные заходки заполняют бетонной смесью, так что после полной выемки слоя он оказывается заполненным твердеющей закладкой, включая все слоевые выработки.

Условия применения системы: руды неустойчивые, вмещающие породы могут иметь любую устойчивость; мощность рудных тел при крутом падении может быть любой; при мощности свыше 5…6 м может быть любым угол падения.

Параметры блока следующие: ширина до 100…120 м, длина 150…200 м, высота – 60…70 м; ширина заходки равна 3…6 м, но не более 8 м, высота заходки -3…4 м. Параметры блока принимают в зависимости от горно-геологических условий месторождения и комплекса добычного оборудования. Размеры заходки определяют с учетом оборудования, нормативной прочности закладки и качества закладочной смеси, чтобы создать безопасные условия для работы в нижеотрабатываемых закладках.

Подготовка и нарезка блока, в зависимости от направления его выемки (по простиранию, вкрест простирания), состоят из проходки транспортных выработок, блоковых восстающих, рудоспусков, слоевых ортов (штреков), разрезных штреков (ортов), закладочных восстающих, спирального наклонного съезда с углом наклона 8…12⁰ и заездов на слои.

Очистная выемка включает отработку заходок, при этом придерживаются последовательности, исключающей отработку заходок рядом с заложенными, пока не закончилось в них твердение закладки.

Отбойку руды в заходке производят мелкошпуровым способом. Бурение шпуров выполняют самоходными бурильными установками, реже – переносными перфораторами. Диаметр шпуров составляет 40…46 мм, длина – до 4 м. Контурные шпуры располагают так, чтобы предотвратить разрушение приконтактной части закладочного массива. В целях ослабления сейсмического воздействия на устойчивость искусственной кровли рекомендуется предусматривать оставление на почве заходки слоя рудной мелочи толщиной 0,3 м. При ценных рудах в целях сокращения потерь из-за прилипания рудной мелочи к закладке применяют полиэтиленовую пленку или другие покрытия. Полноту закладки обеспечивают приданием почве уклона не менее угла растекания закладочной смеси.

Доставку руды производят в рудоспуски ковшовыми или ковшово-бункерными ПТМ. Организация выемки заходки носит цикличный характер. При недостаточной прочности закладки в цикл включают крепление заходки по утвержденному паспорту крепления.

Процесс закладки заходки включает очистку ее от мусора, устройство перемычек, смывание пыли со стенок, заполнение секций закладочной смесью. В процессе закладки предусматривают формирование монолитного слоя толщиной не менее 1 м, обладающего несущей способностью, достаточной для безопасной работы в нижней заходке.

Для ориентировочных расчетов нормативную прочность закладочного массива в смежной (по горизонтали) заходке на момент ее обнажения согласно нормам технологического проектирования следует принимать равной 1 МПа; в кровле выработки при ее ширине не более 6 м – 4 МПа, при ширине выработки 6 …8 м – 8 МПа. Для контроля прочности закладочного массива в монолитный закладочный слой помещают датчики – электроды, позволяющие по электрометрическому методу оперативно следить за напряжениями в массиве.

В целях концентрации горных работ блок по высоте иногда делят на полублоки и отработку ведут одновременно в обеих частях.

Потери руды составляют 3…7 %, разубоживание зависит от морфологии и внутреннего строения рудного тела и может быть достаточно большим.