Читайте также: |
|
При выпуске отбитой руды из очистного пространства в горловинах выпускных выработок образуются зависания. Ликвидацию зависаний производят, взрывая заряды ВВ массой от нескольких килограммов до десятков килограммов ВВ (рис. 5.30).
3.4. Поддержание очистного пространства
3.4.1. Проявления горного давления при очистной выемке
Нетронутый массив горных пород находится в равновесном напряженном состоянии, которое нарушается после проведения горных выработок. Появляются полости, часть массива лишается естественной опоры, вследствие чего происходит перераспределение напряжений. Если пролеты обнажения пород кровли больше допустимых для данных горно-технических условий, то они могут обрушиться.
При наличии опор с двух сторон обнаженных пород кровли они прогибаются в сторону свободного пространства. В этом случае они испытывают растягивающие напряжения. Вследствие этого в кровле начинается растрескивание массива, которое может переходить в обрушение. Обрушение обычно прекращается, когда над выработанным пространством образуется устойчивая куполообразная выемка — свод естественного равновесия. Давление налегающей толщи передается на опоры этого свода, по бокам выработанного пространства возникают зоны повышенного опорного давления. При небольшой глубине и соответствующей ширине выработанного пространства купол свода может достигать поверхности (рис. 5.31, а).
При наличии над выработанным пространством устойчивой кровли, а также при выемке руды сплошным фронтом позади забоя образуется нависающая плита (консоль) из устойчивых пород, опорой которой служит забой. Эта плита под действием собственной массы и давления вышележащей толщи стремится опуститься в выработанное пространство, чему препятствует массив руды в забое. Поэтому в призабойной зоне массива возникает повышенное опорное давление (см. рис. 5.31, б).
Силы, которые проявляются в массиве горных пород после проведения в нем выработок и вызывают деформации горных пород, окружающих выработки, называют горным давлением.
Горное давление усложняет технологию разработки и требует специальных мер: поддержания выработок, уменьшения пролетов выработок, увеличения интервалов между ними и т.п. Гораздо реже используют горное давление как положительный фактор для отделения полезного ископаемого от массива или для перемещения перекрытий, предохраняющих полезное ископаемое от засорения обрушенными пустыми породами. Факторы, влияющие на горное давление и его проявление, делятся на природные и технические.
К природным факторам относятся:
• глубина залегания;
• силы тектонического происхождения;
• физико-механические свойства пород, в первую очередь их крепость и трещиноватость.
В крепких, монолитных породах допускаются значительные обнажения, требуются меньшие затраты на поддержание выработок, но породы обладают выбросоопасностью. В породах трещиноватых или мягких затруднено поддержание выработок, но снижается возможность выбросов породы.
К техническим факторам относятся:
• размер и форма обнажений. С увеличением обнажений возрастает необходимость в поддержании выработанного пространства, повышаются напряжения в окружающих породах;
• расстояние между выработками или ширина целиков. Если этот размер мал, то возникает большое опорное давление; способы образования выработок. Наиболее благоприятен гладкий контур выработки с ненарушенными краями, получаемый при механической отбойке и (в меньшей степени) при отбойке шпурами и скважинами малого диаметра, расположенными вдоль границ выработки;
• интенсивность разработки в зоне повышенного горного давления. Важно завершить работы раньше, чем наступит стадия прогрессирующей ползучести и скорость деформации достигнет критической величины;
• порядок разработки. Он должен быть таким, чтобы обеспечивалось наименьшее число целиков, рудных выступов и других участков, подверженных повышенному опорному давлению. При обрушении налегающих пород на отбитую руду недопустимо большое отставание в обрушении.
3.4.2. Способы поддержания очистного пространства
Поддержание очистного пространства — совокупность мероприятий по предупреждению вредных последствий проявления горного давления в очистных выработках в целях обеспечения безопасности и необходимых условий работы. Поддержание очистного пространства применительно к подземным работам называют управлением горным давлением.
Различают следующие способы поддержания очистного пространства при добыче руды:
• естественное;
• обрушение налегающих пород с погашением очистного пространства;
• искусственное.
Естественное поддержание очистного пространства Осуществляется за счет естественной устойчивости налегающих пород, а также устойчивости оставляемых в очистном пространстве участков руды — целиков, которые обеспечивают опору подрабатываемой толще пород. Горное давление при этом регулируется за счет выбора размеров очистного пространства, расположения, формы и размеров поддерживающих целиков.
Рудные целики бывают постоянными (неизвлекаемыми) и временными (отрабатываемыми со значительным опозданием, во вторую стадию). По форме целики делятся на ленточные или панельные, изолированные или опорные (в виде колонн). В сечении колонны бывают круглыми или квадратными, иногда прямоугольными, ромбическими или эллиптическими. Опорные целики оставляются при пологом и наклонном залегании. При крутом падении целики оставляют лентами.
Естественное поддержание очистного пространства возможно при устойчивых рудах и вмещающих породах и глубине разработки не более 1000—1500 м. Если руды малоценные, то целики не отрабатывают и потери руд достигают 40—60 %.
Обрушение налегающих пород с погашением очистного пространства. Используется, когда естественным путем поддерживать его невозможно или нецелесообразно (из-за больших потерь руды в целиках). Обрушение позволяет:
• снизить опорное давление в соседних очистных блоках, где ведутся очистные или подготовительно-нарезные работы;
• избежать воздушных ударов, возникающих при самопроизвольном обрушении в отработанное пустое пространство больших масс налегающих пород.
Обрушение налегающих пород на отбитую руду обеспечивает:
• создавая обнажения, превышающие предельно допустимые и вызывающие самообрушение пород сразу вслед за отбойкой руды;
• принудительно обрушая налегающие породы минными или скважинными зарядами ВВ по разреженной сетке.
При таком управлении горным давлением отбитую руду в основном выпускают под обрушенными породами. Это приводит к перемешиванию отбитой руды с пустыми породами, ее обеднению (разубоживанию). Сильно разубоженную руду извлекать невыгодно, поэтому добыча с обрушением налегающих пород может сопровождаться также повышенными потерями. Обрушение пород применяют в том случае, когда допустимо обрушение поверхности, а во вмещающих породах, находящихся в зоне обрушения, отсутствуют водоносные слои и плывуны, которые могут прорваться в подземные выработки. Недопустимо также, чтобы отбитая руда слеживалась или самопроизвольно возгоралась (руды с высоким содержанием серы). Искусственное поддержание очистного пространства. Это - наиболее трудоемкий и дорогостоящий технологический процесс поддержания. Искусственное поддержание целесообразно, ко-| да другие способы неприемлемы технически или не обеспечивают достаточно полной и чистой выемки руд.
Рис. 5.33. Способы искусственного поддержания очистного пространства:
а — закладкой; б — крепью (вариант с усиленной распорной крепью); в — крепью и закладкой (вариант со станковой крепью); г — крепью с последующим обрушением пород (вариант с индивидуальной стоечной крепью)
Искусственное поддержание очистного пространства при добыче руды осуществляют с помощью закладки или крепления различными конструкциями (рис. 5.33.).
Крепь применяют для поддержания очистного пространства только на время очистной выемки. Как правило, используют деревянную крепь как самую дешевую, изредка металлическую в виде стоек и рам. При добыче руды механизированными комплексами применяют передвижную механизированную металлическую крепь. Чаще крепью поддерживают лишь призабойное пространство, а в уже выработанном пространстве крепь удаляют: деревянную подрывают накладными зарядами или выдергивают лебедками; 530 металлическую частично или полностью разбирают; механизированную передвигают, чем вызывают обрушение вмещающих пород для снижения давления на оставшуюся крепь.
Поддержание очистного пространства крепью и последующее обрушение пород в чистом виде применяют только в маломощных залежах, например в пологих пластах калийных и марганцевых руд. При большой и средней мощности крепь сама по себе не может выдерживать горного давления, поэтому применяется вместе с закладкой (если необходимо поддерживать выработанное пространство и после выемки руды).
Закладка — заполнение выработанного пространства различными материалами, способными воспринимать нагрузки от горного давления, для предотвращения обрушения. Различают закладку одновременную и последующую. Одновременная закладка производится участками (слоями) по мере ведения очистных работ в блоке, а последующая — после отработки очистных камер с целью создания благоприятных условий для предстоящей разработки междукамерных целиков.
На разных этапах развития техники и технологии закладки выработанного пространства пытались классифицировать входящие в нее способы. В качестве классификационных признаков принимались: наличие или отсутствие вяжущих компонентов, образование связей между материалом, составляющим закладочный массив, а также агрегатное состояние закладки в процессе ее транспортирования и распределения в выработанном пространстве рудников.
Представленная классификация закладки основана на различиях, связанных с количеством воды (%), используемым в процессе приготовления, транспортирования и укладки закладочной смеси. По этому признаку выделяются три класса закладки: сухая, пульповая и водная.
По нарастанию содержания воды, участвующей в процессах транспортирования и формирования, определены группы закладки в указанных классах (табл. 5.3).
Сухая закладка представлена следующими группами: породной; бутовой, имеющей воду в растворах для кладки; консолидированной, предполагающей обработку водой или химическими растворами; инъекционной — породной, обработанной инъекционными растворами.
Практически консолидированную, инъекционную и льдопородную закладки можно определить как комбинированные технологии.
Пульповую закладку можно разделить на группы, используя различия в плотности раствора при его транспортировании, а как уточняющий признак — определить наличие вяжущего и его вид. Водная закладка предполагает намораживание закладочного массива . По способу подачи закладочного материала в выработанное пространстве различают самотечную, механическую, пневматическую закладку.
При самотечном способе подачи закладочный материал заполняет выработанное пространство камеры под действием собственной массы сверху, как в бункер. При этом используются: вмещающие породы, получаемые попутно при проведении полевых подготовительных и вскрывающих выработок; породы, специально для этого добываемые на поверхности и спускаемые под землю; породы, выделенные из рудной массы при подземной предконцентра-ции (породоотборке). Иногда закладочный материал получают из камер, создаваемых в контактирующих с рудным телом вмещающих породах. Самотечная закладка — самый дешевый вид закладки, но она имеет и существенный недостаток: значительную (до 20—35 %) усадку закладочного материала.
При сухой закладке закладочный материал размещают в выработке под действием собственной массы либо при помощи машин механического действия. Для заполнения пространства, как правило, используют пустую породу от проведения выработок. В перспективе эта технология будет применяться как составная часть при бутовой закладке и при возведении искусственных массивов инъекционным способом, а также при формировании монолитного массива под действием нагрузок или других физических процессов при консолидированной закладке.
Сухую закладку могут распределять в выработанном пространстве механическим способом. Как правило, эту технологию применяют при отработке очистного блока горизонтальными или слабонаклонными слоями, начиная с нижнего. В выработанное пространство закладочный материал поступает самотеком по восстающим. Для распределения по выработанному пространству используют скреперные установки или самоходное оборудование. Коэффициент усадки механической закладки тоже сравнительно высок (до 15-—25 %), под кровлей остается незаполненное пространство высотой не менее 0,5—1 м.
На отдельных рудниках при механическом способе применяют конвейеры и метательные машины. Однако из-за очень жестких требований к крупности и абразивности закладочного материала, необходимости частых перестановок конвейера или его секций и небольшой дальности метания закладочных машин эти виды механической закладки широкого распространения не получили.
При пневматическом способе подачи для перемещения закладочного материала по трубам и забрасывания его в выработанное пространство используется энергия сжатого воздуха. Закладочным материалом служат дробленые неабразивные породы крупностью от 5—8 до 60—80 мм с примесью 10—15 % глины. На рудниках обычно применяют переносные пневмозакладочные машины, которые перемещают закладочный материал по трубопроводу на сравнительно небольшое расстояние (до 50—70 м), а иногда только забрасывают его в выработанное пространство на 10—15 м (чуть дальше метательных машин). Достоинством пневмозакладки является небольшая усадка (до 10—15 %). К ее недостаткам можно отнести: весьма значительный износ трубопровода и деталей закладочных машин; сильное пылеобразование; требования к качеству закладочного материала и высокий расход сжатого воздуха (около 150 м"7м3 закладочного материала).
При бутовой закладке используют каменные блоки различного размера и скрепляют их вяжущим раствором (аналогично с кирпичной кладкой). Бутовая закладка применяется на глубоких и сверхглубоких рудниках. Заполняют не все выработанное пространство, а лишь участки, граничащие со смежными блоками, а в оставшуюся часть блока подают породную закладку. Достоинство бутовой закладки — сокращенный до минимума расход воды, что имеет большое значение для снижения относительной влажности рудничной атмосферы. Недостаток — сложность механизации работ.
При консолидированной закладке формируется монолит под воздействием пара или других реагентов на уже размещенную в очистном пространстве сухую закладку.
При инъекционной закладке происходит предварительное заполнение выработанного пространства сухой закладкой в результате проводимых закладочных работ или дробленой породой от самообрушения очистной камеры, а затем производится подача по трубам с поверхности вяжущего раствора. Раствор проникает в пустоты дробленой породы и превращает ее в монолит. Как правило, монолит, образованный таким способом, имеет незначительную прочность. 534
Раствор обычно подают иод давлением 1—1,5 МПа снизу вверх, т.е. методом восходящего потока. Радиус распространения инъекционного раствора в сыпучей закладке достигает 10 м, а иногда и более. Делаются попытки подавать раствор самотеком (сверху вниз) при крупнокусковой самотечной неуплотнившейся закладке.
Достоинства инъекционного способа закладки:
• благоприятные условия трубопроводного транспортирования пульпы;
• возможность прекращения процесса дальнейшего обрушения пород;
• использование для закладки шахтной породы без выдачи ее на поверхность и дополнительного дробления.
Недостатки инъекционного способа закладки:
• сложность управления распространением раствора в сыпучей среде;
• неравномерная прочность участков закладочного массива. Инъекционный способ имеет перспективы для применения в
различных условиях:
• восстановление устойчивости пород, что имеет значение при выемке руды под охраняемой территорией. Это — единственный надежный способ ликвидации последствий самообрушений;
• использование при зонном омоноличивании массива для выемки междукамерных целиков.
Применение постовой закладки началось в середине 80-х гг. XX в. Для обеспечения хорошей транспортабельности данного вида закладки используют фракции минеральных отходов с хорошими коллоидными свойствами, удерживающие воду в количестве, достаточном для цементации закладки. В составе пасты желательно наличие не менее 15 % фракций, размер которых не превышает 20 мкм.
Паста — материал, который содержит воду в поровом пространстве в количестве, достаточном для обеспечения его текучести. При транспортировке пасты по трубопроводу поток разделяется на две фазы: твердую и жидкую, причем жидкая фаза располагается по его периферии. Отметим, что коллоидные свойства пасты могут регулироваться и при помощи химических добавок. Пастовая закладка применяется с добавлением вяжущих компонентов. В их отсутствии она подвержена разжижению и может оставаться в таком состоянии продолжительное время.
Твердеющая закладка — смесь с водой различных вяжущих материалов и заполнителя, способных твердеть как бетон. Предел прочности твердеющей закладки обычно невысокий и равен 1,5— 10 МПа. В состав ее входят песок (песковидные хвосты обогащения), щебень, цемент или другие вяжущие вещества (например, специально обработанные шлаки). Свежеприготовленная смесь имеет жидкую консистенцию и может подаваться в выработанное пространство по трубам как гидравлическая закладка.
Расход вяжущего составляет 100—400 кг/м3. Себестоимость твердеющей закладки с использованием цементного вяжущего высока. Поэтому ее снижают, используя более дешевые вяжущие из местных материалов, добавляя к ним цемент для повышения гидравлической активности. Так, на Гайском руднике для твердеющей закладки используют смесь из молотого доменного шлака (360 кг/м3), цемента (40 кг/м3) и песка с примесью 30 % глины (1200 кг/м3), что существенно снижает себестоимость закладочной смеси. Глина в закладочную смесь добавляется в качестве пластификатора, который улучшает реологические свойства смеси и улучшает транспортабельность.
Закладка достигает нормативной (необходимой в данных горно-технических условиях) прочности в период от нескольких дней до нескольких недель. Нормативная прочность затвердевшего закладочного массива относительно небольшая (2,5—7 МПа), но устойчивость его весьма высока. Горизонтальный пролет обнажения закладочного массива без крепления составляет 3—8 м, что позволяет вести очистную выемку слоями сверху вниз под прикрытием искусственной кровли из затвердевшей закладки. Вертикальные устойчивые обнажения закладки достигают площади 50x50 м2 и более.
Существуют различные схемы приготовления и транспортирования твердеющих закладочных смесей, одна из них представлена на рис. 5.34.
При значительных объемах закладочных работ строится центральный закладочный комплекс на поверхности с трубопроводным транспортом литой гидросмеси до мест укладки в очистные блоки. Самотеком гидросмесь может перемещаться на расстояние по горизонтали, в 3—4 раза превышающее вертикальный столб смеси в трубопроводе. При больших расстояниях транспортирования через 50—60 м по длине в 1рубопровод врезаются форсунки сжатого воздуха, обеспечивающие пульсирующий пневмотранспорт гидросмеси. Диаметр труб 150—200 мм, толщина стенок 8—12 мм. Время пребывания смеси в трубопроводе не должно превышать 1 ч. Если объемы закладочных работ на руднике менее 30—50 тыс. м3/год, то применяют и подземные закладочные комплексы, обычно участковые.
Используется и раздельный способ подачи твердеющей закладки, когда вяжущий раствор и заполнитель (дробленую породу) подают к месту закладочных работ раздельно и смешивают их в процессе подачи в выработанное пространство. Твердеющая закладка — наиболее дорогостоящий способ, однако использование ее позволяет вести сплошную выемку руды с минимальными потерями. Поэтому ее применяют при разработке ценных руд, при необходимости сохранения целостности налегающей толщи пород или в условиях повышенного горного давления.
Рис. 5.34. Технологическая схема закладочного комплекса для приготовления твердеющей смеси:
/ траншейный склад для гранулированного доменного шлака; 2 — загрузочные
бункера; 3 — конвейер: 4 — шаровая мельница; 5 — насосы; 6 — гидроциклоны; 7 — вакуум-фильтр; 8 — склад цемента; 9 — смеситель; 10 — закладочный трубопровод; // — весы; 12 — склад заполнителя
Твердеющая закладка широко распространена на подземных рудниках. Применение ее позволяет:
• разрабатывать месторождения комбинированным способом;
• отрабатывать руды, склонные к самовозгоранию;
• сохранить поверхность от деформаций под водоемами и городами;
• отрабатывать ранее оставленные целики ценных руд, в том числе даже запасы руды в охранных целиках стволов шахт;
• осуществлять опережающую выемку очень ценных руд практически без всякого нарушения окружающих более бедных руд, что позволит в будущем достаточно эффективно отработать и эти бедные руды.
При гидравлической закладке смесь раздробленного материала с водой (пульпа) перемещается к выработанному пространству по трубам и растекается по нему (рис. 5.35.). Вода через фильтрующие перемычки дренирует из закладочного массива и откачивается на поверхность. Максимальный размер кусков закладочной смеси составляет 50—70 мм. Объем мельчайших (глинистых) частиц крупностью менее 0,05 мм не должен превышать 10—15 %, так как иначе закладочный массив будет очень плохо отдавать воду. При приготовлении пульпы для гидрозакладки ранее применяли естественные пески с небольшой примесью глины, гранулированные доменные шлаки или, реже, дробленые скальные породы. В последнее время чаще используют хвосты обогатительных фабрик, обезвоженные и обесшламленные.
Трубопроводы при гидрозакладке собирают из толстостенных (с толщиной стенки 8—10 мм) стальных труб, имеющих быстроразъ-емные соединения. Закругления футеруют вкладышами из хромни-келевой или марганцевистой стали, а иногда из литого базальта, плотной резины и других износоустойчивых материалов.
Закладочный массив намывают по площади слоя с помощью резинового шланга, соединенного с трубопроводом. Пульпа растекается в выработанном пространстве под углом от 5 до 15° к горизонту. В примыкающих к выработанному пространству горных выработках устанавливают перемычки (фильтрующие или глухие). Для улучшения дренажа в закладываемом пространстве не-
Рис. 5.35. Схема гидрозакладочного комплекса:
/ гидромонитор; 2 — бункер; 3 — смесительный лоток; 4 — закладочный трубопровод; 5 — выработанное пространство; 6 — фильтрующие перемычки; 7 — выработки с водосточными канавками; 8 — водосборник; 9 — насосы; 10 — водопровод; 11 — водоотстойник; 12 — трубопровод для подачи осветленной воды
редко устанавливают также дренажные фильтры — обтянутые мешковиной перфорированные трубы (деревянные или металлические). Гидравлическая закладка отличается высокой производительностью, хорошим заполнением всех пустот и сравнительно небольшой усадкой закладочного массива (8—12 %). К н е д о с-таткам этого вида закладки можно отнести загрязнение и обводнение горных выработок, а также высокие капитальные затраты на комплекс по приготовлению пульпы, трубопровода и водоотлива.
Льдозакладка (или ледяная) имеет основное достоинство — невысокую себестоимость, но в то же время есть существенный недостаток — снижение несущей способности при длительном нагружении. Армирование льда дробленой породой (льдо-породная закладка) ускоряет процесс намораживания и повышает прочность закладочного массива.
Льдопородная и льдозакладка возводятся методом слоевого намораживания льда с заполнителем или одного льда путем подачи закладочного материала и холодного атмосферного воздуха, нагнетаемого в закладочное пространство вентиляторами. Использова
При использовании химических растворов в процессе закладки выработанного пространства первоначально производится укладка химически активной породы, которая может вступить в реакцию с ними. Затем подают химические растворы реагентов, которые вступают в реакцию с минералами, содержащимися в породе, происходит их растворение. Через определенное время происходит повторная кристаллизация, что позволяет консолидировать породу в выработанном пространстве. Такая закладка обладает достаточно высокими прочностными характеристиками, которые сохраняются при длительном нагружении.
4. Системы разработки рудных месторождений
4.1. Классификация систем разработки
Системой разработки называется определенный порядок проведения и расположения подготовительно-нарезных и очистных выработок в пределах очистного блока, увязанный во времени и пространстве с технологией, механизацией и организацией производственных процессов очистной выемки.
В связи с большим разнообразием горно-технических условий на подземных рудниках применяют различные системы разработки и их варианты, основные из которых, имеющие наибольшее распространение при подземной разработке руд, приведены в табл. 5.4. В качестве основного признака деления систем на классы принят способ поддержания очистного пространства при очистной выемке руды. По этому признаку системы разработки разделяют на три класса:
• I класс — системы с естественным поддержанием очистного пространства;
• II класс — системы с обрушением руды и вмещающих пород;
• III класс — системы с искусственным поддержанием очистного пространства.
Системы I класса характеризуются тем, что поддержание очистного пространства не требует особых материальных и трудовых затрат, а основано на использовании естественной устойчивости руды и вмещающих пород. Системы этого класса позволяют достичь высокой производительности при низкой трудоемкости и себестоимости добычи, однако отличаются значительными потерями руды (30—70 %) в неизвлекаемых целиках
Дата добавления: 2015-07-16; просмотров: 300 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
Лекция 2. ВСКРЫТИЕ И ПОДГОТОВКА РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ 3 страница | | | Лекция 2. ВСКРЫТИЕ И ПОДГОТОВКА РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ 5 страница |