Подготовительные и нарезные выработки при некоторых системах разработки

Система	Выработки, элементы систем, машины	Рисунок
1.Камерно-столбовая: с полевой подготовкой и скреперной достав­кой   с применением самоходного оборудования   со взрывной доставкой	Подготовительные; полевые 1 и рудные штреки 2, вентиля­ционные штреки 3 (в пределах камеры), рудоспуски 4, ходовые восстающие 5, камеры для скреперных лебедок 6; 7 — поддерживающие целики; 8 — междукамерные целики Нарезные: отрезные восстаю­щие, отрезные щели (на рисунке не показаны), вентиляционная сбойка 9 Подготовительные: рудные штреки, рудоспуски, мате­риальные восстающие, лебедоч­ные камеры. Ходовые и вен­тиляционные восстающие. Нарезные: отрезные щели     Подготовительные: 8 — штрек для доставки руды ПДМ; 9 — рудоспуски; 11 — откаточный штрек; 12 — заезды (через 150— 200 м) Нарезные: штрек 4 для обра­зования отрезной щели; 5 — отрезная щель; 6 — наклон­ные восстающие для отбойки руды; 7 — ниши для погрузки руды; 1 — бульдозер, дистанционно-управляемый, для за­чистки лежачего бока; 2 — ПДМ для доставки руды; 3 — очистные камеры; 10 — подъ­емные лебедки
2.Панельно-столбовая с применением само­ходного оборудования	Подготовительные: откаточные 1 и панельные 2 штреки, заез­ды 3 в панели, вентиляцион­ные штреки 4 и восстающие 5, уклоны для доставки оборудо­вания на верхний уступ или подсечку (в пределах панели) Нарезные: разрезные штреки
3.Камерно-целиковая система разработки	Подготовительные: ходовые и закладочные восстающие 1, от­каточные 2, соединительные 3 и панельные 4 штреки, рудо­спуски 5, камеры для люков, выработки 6 для вентиляцион-но-закладочного горизонта Нарезные: разрезные штреки 7, искусственное днище 8, откосы
4.С подэтажной отбойкой (подэтажными штреками, ортами)	Подготовительные: штреки или орты (откаточные 1,скреперования, грохочения 2),блоковые восстающие 3,рудоспуски 4между откаточным горизонтом и доставки Нарезные: подэтажные штреки 5(орты), подсечные штреки 6(орты), разрезные восстающие 7,ходки, дучки 8,выпускные воронки 9или траншейная подсечка
5.С магазинированием руды	Подготовительные: откаточный штрек 1, штрек скреперавания, грохочения 2, блоковые восстающие 3, рудоспуски 4 Нарезные: подсечной штрек 5, ходки, дучки 6, выпускные воронки 7 или траншейная подсечка
6.С распорной крепью	Подготовительные: откаточные штреки 1, восстающие 2 Нарезные: подсечной штрек 3 (1-й слой)
7.Этажное самообрушение	Подготовительные: откаточные штреки, орты /, блоковые и вентиляционно-ходовой восста­ющие 2, выработки горизонта скреперования 3, рудоспуски 4, вентиляционные соединитель­ные выработки Нарезные: подсечные выработ­ки, окаймляющие выработки 5, дучки, выпускные воронки 6 или траншейная подсечка, сбойки, ходки
8. Этажное принудительное обрушение с отбойкой руды на компенсационные камеры	Подготовительные: откаточные штреки 1, орты, блоковые восстающие 2, выработки гори зонта скреперования 3, рудо­спуски 4, вентиляционные сое­динительные выработки £ Нарезные: подсечные выработ­ки 6, буровые или минные выработки 7, отрезные восстаю­щие 8, дучки 9, выпускные воронки или траншейная подсечка 10, сбойки, ходки, глубо­кие скважины; 11 — компенса­ционная камера
9. Подэтажное обрушение	Подготовительные: откаточные штреки или орты 1, блоковые 2, вентиляционные 3 восстаю­щие, наклонный съезд для самоходного оборудования 4 Нарезные: подэтажные штреки 5, буровые, доставочные выра­ботки, отрезные рудоспуски 6
10.Система блокового принудительного об­рушения с отбойкой руды на компенса­ционные камеры и подготовкой горизонта выпуска	Подготовительные: откаточный штрек 1, выработки горизонта скреперования 2,штреки, пер­вого 3и второго 4подэтажей, ходовые и вентиляционные вос­стающие 5,рудоспуски 6,лю­ковые камеры 7и выработки вентиляционного горизонта Нарезные: компенсационные камеры и буровые скважины 8,предназначенные для отбой­ки руды, выпускные лучки 9
11.Горизонтальные слои с закладкой	Подготовительные: откаточные штреки 1, восстающие 2 (мате­риально-ходовые и закладоч­ные) Нарезные: подсечной штрек 3 (1-й - слой) и рудоспуски 4 в пределах надштрекового целика
12.Слоевое обрушение	Подготовительные: откаточные штреки 1, блоковые восстаю­щие 2 Нарезные: слоевые штреки 3, аккумулирующие штреки 4, рудоспуски 5 между слоевым и аккумулирующим штреками

Рис. IV.23. Ортовая и штрековая подготовка крутопадающих месторождений:

а — с двумя штреками, пройденными в лежачем и висячем боках месторождения (1 — квершлаг; 2,2' — штреки в лежачем боку соответственно на откаточном и вентиляционном горизонтах; 3,3' — то же, в висячем боку; 4 — орты); б — с одним и в — с двумя штреками, пройденными в лежачем боку (1 — квершлаг; 2 — откаточный штрек; 3 — орты L_зал - длина залежи по простиранию, м; а — расстояние между ортами-заездами, равное длине блока, м; в — расстояние от контакта с рудной залежью до откаточного штрека, м; а ₁ - расстояние между штреками, м; а₂ — расстояние между квершлагами, м; г —
схема к определению расстояния (в) от контакта рудного тела до откаточного штрека в зависимости от условий перепуска руды с верхнего подэтажа на откаточный горизонт
(α – угол падения рудного тела, градусы; l₁ — расстояние от контакта рудного тела до перепускного восстающего, м; l₂- длина состава, м; h_Э— высота этажа, м; n - количество подэтажей)

§ 88. Выбор места заложения подготовительных выработок

Откаточные выработки. Штреки следует располагать на таком расстоянии от рудного тела, чтобы была возможность сохранить их на весь период отра­ботки этажа и иметь минимальные капитальные и эксплуатационные затраты. Поэтому перед выбором места заложения подготовительных выработок необхо­димо по месторождению точно знать горно-геологическую характеристику гор­ных пород и руд, иметь некоторые основные сведения из базовых физико-техни­ческих характеристик пород и руд, их предполагаемое изменение на рассматри­ваемой глубине. Эти сведения проектные организации получают от научно-исследовательских институтов и геологоразведочных организаций.

Подготовка этажными штреками пологих, наклонных и крутопадающих месторождений. Этажные штреки проводят в рудном теле или в боковых поро­дах, чаще лежачего бока. При таком расположении этажных штреков обра­зуется тупиковая схема откатки. При весьма неустойчивой руде и при подготовке двумя этажными штреками их проводят во вмещающих породах. При большой производительности шахты для увеличения интенсивности откатки и упроще­ния схемы проветривания этажные штреки соединяют между собой и создают кольцевую схему откатки.

В мощных месторождениях при подготовке одним штреком его проводят, по контакту с лежачим боком; посередине или вблизи от середины месторожде­ния; по контакту с висячим боком.

Проведение штрека по контакту с лежачим боком обычно вызывается необ­ходимостью следовать за контуром рудного тела, обеспечивая удобство выпуска руды со стороны лежачего бока и уменьшение надштрекового целика (по сравнению с положением штрека посередине рудного тела). На месторождениях мощностью более 30 м, в целях улучшения выпуска отбитой руды, проводится рудный погрузочно-доставочный штрек. Так как штрек, пройденный по контакту с рудной залежью, может быть разрушен горным давлением в зоне деформации пород лежачего бока, то за этой зоной проходится второй откаточный штрек (см. рис. IV.22, б; рис. IV.23, в). Проведение штрека по контакту с висячим боком применяется редко при устойчивых породах висячего бока и слабых породах лежачего бока. Штрековая подготовка при этажно-камерных системах раз­работки и доставки полезного ископаемого с помощью виброустановок позволяет интенсивно отрабатывать этаж.

При подготовке маломощных и тонких месторождений в рудном теле обычно проводят один этажный штрек. В тонких жилах штреки проводят таким образом, чтобы жила находилась посередине его сечения (крутое падение), у кровли, у почвы или в породах почвы рудных залежей, и из них проводят рудоспуски и ходки (пологое падение).

Выбор схемы расположения штреков производится с учетом: характера жилы (постоянство элементов залегания, наличие теологических нарушений); устойчивости боковых пород; срока службы штрека; условий доставки руды.

При большом сроке службы штрека его располагают в устойчивых породах лежачего или висячего бока. Погрузка руды в вагонетки производится в штреке через простые люки или вибролюки под действием гравитационных сил (само­теком) или с помощью скреперных установок (пологопадающие жилы).

Преимущества данного способа подготовки — более легкое проветривание и несколько меньший объем подготовительных работ на основном горизонте по сравнению с подготовкой весьма мощных месторождений этажными штреками и ортами.

Недостаток способа — малая устойчивость штреков по сравнению с подго­товкой штреками и ортами.

Подготовка главными штреками горизонтальных месторождений в зави­симости от их размеров ведется одним или несколькими главными штреками, проводимыми по руде или в породах.почвы.

Расположение главных штреков зависит: от устойчивости руды; гипсоме­трии почвы рудного тела и условий откатки; требований дополнительной раз­ведки и необходимости оставления руды в целиках.

Преимуществами данного способа подготовки являются: несколько меньший объем подготовительных работ и более благоприятные условия проветривания по сравнению с подготовкой месторождения главными и панельными штреками.

Этажные штреки и орты. Подготовка этажными штреками и ортами поло­гих, наклонных и крутых месторождений применяется при разработке весьма мощных месторождений с одним или несколькими штреками, проводимыми в руд­ном теле или во вмещающих породах, или по руде и породе в одном из боков месторождения.

Ортовая подготовка горизонта с одним откаточным штреком, пройденным в лежачем боку месторождения, рассчитана на доставку полезного ископаемого из очистных забоев с помощью скреперных установок. Орты-заезды проходят через 50—70 м в зависимости от принятой длины блоков.

Подготовка одним штреком с ортами неудобна из-за встречного движения и вызывает необходимость проведения при большой производственной мощности горизонта двухпутевых штреков. Проведение двух и более этажных штреков дает возможность осуществить кольцевую схему подготовки и откатки. По сравнению с подготовкой этажными штреками рассматриваемый способ подготовки харак­теризуется большим объемом подготовительных работ на основном горизонте. Преимуществами его являются: меньший срок поддержания ортов и большая их устойчивость по сравнению со штреками, отсутствие необходимости загрузки вагонеток в этажных штреках, более полная разведка и оконтуривание залежей; более интенсивный дренаж залежей; возможность отработки блоков независимо друг от друга.

При неустойчивой руде подготовка ведется штреками, проводимыми в по­родах лежачего и висячего боков месторождения и ортами.

Подготовка главными и панельными штреками горизонтальных месторож­дений принимается при разработке обширных горизонтально и весьма полого залегающих рудных тел. Штреки откаточного горизонта проводят по руде или по породе почвы. Возможно применение кольцевой схемы при нескольких глав­ных штреках. Число главных штреков зависит от конфигурации и размеров месторождения и параметров панелей.

При комбинированном способе подготовки для передвижения самоходных горных машин с подэтажа на подэтаж проводят уклоны (съезды) под углом от 4 до 10°. Эти съезды (уклоны) связывают между собой подэтажи с рудоспусками.

Расположение восстающих. Восстающие в месторождениях большой мощ­ности проводят наклонными или вертикальными. В маломощных месторожде­ниях — согласно углу падения рудных тел с учетом следующих требований: удобства и безопасности сообщения с очистными забоями, нормальных условий для проветривания забоев; удобства доставки руды на откаточный горизонт и закладки в выработанное пространство, а также доставки материалов в очист­ные забои; минимальных расходов по проходке и ремонту; конструктивных осо­бенностей принятой системы разработки; детальной разведки.

Расстояние полевых откаточных штреков от контура рудного тела. Из усло­вия перепуска руды с верхнего подэтажа на откаточный горизонт при применении вертикальных перепускных восстающих расстояние от контура рудного тела до откаточного штрека (см. рис. IV.23, г)

(IV.56)

(IV.57)

Штрек, расположенный на расстоянии b от контакта рудного тела, из усло­вия перепуска руды по формуле (IV.56) может оказаться в зоне опорного дав­ления. Под опорным давлением понимается горное давление, возникающее близ горных выработок в массиве пород.

По С. Г. Авершину, при разработке рудного тела удаляется опора части пород, расположенных над выработанным пространством; сила тяжести под­резанного столба передается на соседние участки руды, окружающие очистные работы.

Суммарная пригрузка на каждый целик

(IV.58)

где α — ширина очистного пространства, м; H - глубина ведения очистных работ от поверхности, м; 𝜸 — плотность пород, т/м³.

Распределение этой пригрузки существенно зависит от физико-механических свойств пород покрывающей толщи, мощности рудного тела, глубины разработки.

По мере приближения фронта очистной выемки к лежачему и висячему бокам опорное давление будет перемещаться во времени и пространстве.

При выемке руды у контактов залежи опорное давление переместится на породы лежачего и висячего боков и будет оказывать влияние на откаточные и вентиляционные штреки.

Величина опорного давления на породы лежачего и висячего боков и харак­тер ее распределения зависят от процессов,* происходящих в толще массива. Суммарное давление может достигать величин, в 2—5 раз превышающих перво­начальное давление в нетронутом массиве.

Все процессы, происходящие в толще пород, являются результатом очист­ных работ и обусловливаются горнотехническими условиями, геологическими особенностями строения надрудной толщи и физико-механическими свойствами горных пород.

Криворожский горнорудный институт (КГРИ) для мощных месторождений КМА рекомендует располагать откаточные штреки лежачего бока от границ рудного тела на расстоянии

(IV.59)

где Н — глубина разработки.

С. М. Липкович, используя результаты исследований С. Г. Авершина, пред­лагает определять расстояние штрека от границы залежи по величине зоны опорного давления (рис. IV.24, а)

(IV.60)

где Н — глубина работ от поверхности, м; h — высота этажа, м; — коэффи­циент крепости пород лежачего бока (для крепких пород можно принимать 0,8; для пород средней крепости— 1; для слабых— 1,2).

Согласно теории горного давления, в нетронутом массиве торных пород существует весьма простое поле напряжений. На значительных глубинах и при больших давлениях (идеальный случай) коэффициент Пуассона стремится к 0,5, поэтому напряженное состояние массива можно принять гидростатическим, т. е.

σ_х = σ_у = σ_z = σ_∞ = 𝜸Z, (IV.61)

где 𝜸 — плотность пород, т/м³; Z — расстояние от поверхности земли до центра выработки, м.

В результате проведения горных выработок происходит перераспределение напряжений в пределах определенной зоны с радиусом R_B. Размеры зоны пере­распределения определяются исследователями по-разному. Радиус зоны влияния горной выработки на окружающие породы принимается R_B = от 2,1 до 3,4 или 2,3 до 2,5 наибольшего линейного размера выработки.

Очистное пространство (вкрест простирания) в панели можно рассматривать как выработку большого диаметра. Конечный размер его равен ширине выра­ботанного пространства (сумма ширины отработанных блоков).

Следовательно, штрек и очистное пространство условно рассматриваются как две смежные выработки, оказывающие влияние друг на друга (см. рис. IV.24, б).

По мере продвижения фронта очистных работ от висячего бока к лежачему боку, или наоборот, горное давление будет оказывать все большее влияние на откаточные штреки лежачего или висячего боков. Принимая ширину выработан­ного пространства вкрест простирания как пролет выработки, равной мощности рудного тела, будем иметь: для мощных месторождений R_B =2,5В, для сверх мощных месторождений R_B = 2В, где R_B — радиус влияния очистного про­странства, м; В — ширина очистного пространства вкрест простирания, м. Отсюда удаленность штреков от границы залежи

Х=(2 - 2,5) m; (IV.62)

где т — горизонтальная мощность залежи, м.

Полученное расстояние откаточного штрека до границы залежи необходимо проверять по принятому углу сдвижения пород и углу падения лежачего или висячего боков (рис. IV.24, в):

(IV.63)

где b_n — расстояние откаточного штрека рабочего горизонта от границы за­лежи, м; — расстояние (по горизонтали) от откаточного штрека рабочего горизонта п до границы залежи на нижележащем горизонте , м; — высота нижележащего этажа, м; β — принятый угол сдвижения пород лежачего бока, градус; α — угол падения залежи со стороны лежачего бока, градус.

Одиночная выработка круглого сечения (рис. IV.25, а, б, в) испытывает большое давление не только сверху, но также с боков и снизу за счет упругих поперечных деформаций пород, В общем случае можно считать, что в каждом элементарном объеме одна из главных осей напряжений направлена по радиусу σ₂, а другая главная ось — по касательной к контуру выработки, и вдоль этой оси действуют максимальные сжимающие напряжения σ₁ называемые окружными, (т. е. вдоль окружности). Сжимающие напряжения в радиальном направле­нии σ₂, очевидно, снизятся до нуля у контура выработки (незакрепленной) и с удалением от выработки постепенно возрастут от нуля до величины, нормальной для нетронутого массива. Окружное же напряжение σ₁ достигнет максимума близ выработки, а затем по мере удаления от выработки постепенно снизится до нор­мальной величины для нетронутого массива.

Увеличенное окружное давление принято называть опорным давлением. После проведения выработки давление расположенных над ней пород пере­дается практически не на бесконечную площадь, а лишь на зоны, ограниченные по обеим сторонам длиной (рис. IV.25. г, д). Конфигурация этих зон опреде­ляется эпюрой давления, которое возрастает от нуля до максимума, а затем плавно снижается.

Эпюра характеризуется отношением ширины зоны влияния выработки по одну ее сторону к ширине самой выработки; коэффициент концентрации на­пряжений

где — максимальное вертикальное сжимающее напряжение, Па. Отношение по существу определяет величину

Для идеально упругого материала не зависит от ширины пролета b.

Иногда, по данным отдельных замеров, это может быть отнесено и к породному массиву. Но в большинстве случаев зона опорного давления увеличивается в мень­шей степени, чем ширина выработки.

Приближенно отношение

(IV.65)

где — коэффициент влияния ширины пролета; =0,8 - 1,5 — коэффициент влияния свойств пород. Для трещиноватых пород средней крепости

(IV.66)

где Кф — коэффициент формы выработки в плане, учитывающий, что часть дав­ления пород, расположенных над выработкой, воспринимается массивом по ее торцам. Изменяется от 0,7 при квадратной форме обнажения до 1 при большой (более трех пролетов) длине выработки.

При обособленных (см. рис. IV.25, а) и сближенных (рис. IV.25, ж_, з) вы­работках опорное давление распределяется в интервале между ними. При боль­шом горном давлении или непрочном породном массиве подготовительные вы­работки по возможности следует располагать на расстоянии

(IV.67)

Выемку руды желательно вести так, чтобы число узких (шириной менее ) участков было минимальным. При небольшом расстоянии между вы­работками целесообразно возводить искусственные опоры. Вместе с опорой целик образует единую конструкцию, средняя часть которой подвергается все­стороннему сжатию.

Рис. IV.24. К определению расстояния штрека от рудного тела:

а — по зоне опорного давления (H — глубина работ от поверхности; h_Э — высота этажа; L_ОП — зона опорного давления; — ширина очистного пространства); б — по зоне влия­ния очистных работ (1 — массив руды; 2 — очистное пространство; 3 — породы, подле­жащие обрушению; 4 — откаточный штрек); в — по углу сдвижения породи углу падения залежи (b_П — расстояние откаточного штрека (по горизонтали) от границы залежи на ра­бочем горизонте; b_П1 — расстояние по горизонтали откаточного штрека рабочего гори­зонта л до границы залежи на нижележащем горизонте n₁; β — принятый угол сдвижения пород лежачего бока, градус; α — угол падения залежи со стороны лежачего бока, гра­дус)

Рис. IV.25. Опорное давление для ряда случаев:

а, б, в – при одиночной одиночной выработке круглого сечения (а — схема; б — эпюра давления по линии 1 – 1; в - эпюра окружного δ₁; радиального δ₂ и сдвигающего τ напряжений в зоне опорного давления шириной l; 2 – граница зоны опорного давления); г - при отдельной выработке; д – при наклонном выработанном пространстве (эпюры по линии 1 — 1 для вертикальных сжимающих напряжений; площадь 2 равна площади 1, соответствующей силе тяжести пород над половиной выработки); е — при обособленных выработках (расстояние между выработками больше l₁+l₂); ж, з - при сближенных (расстояние между выработками меньше l₁+l₂) выработках (эпюры по линии 1 - 1 для вертикальных сжимающих напряжений; Z₁ — опорное давление от правой выработки; Z₂ — то же, от левой; Z₁ +Z₂ — суммарное опорное давление)

Расстояние полевых откаточных штреков от контура рудного тела, полученное расчетным путем, необходимо критически оценить по совокупности факторов: физико-механических свойств руды и вмещающих пород; глубины ведения очистных работ от поверхности: изменения плотности горных пород с глубиной; мощности рудного тела; высота этажа; применяемых систем разработки. Только после комплексного анализа можно принимать.

§ 89. Затраты и натуральные показатели при технико-экономическом сравнении вариантов подготовки

Метод вариантов применяется в случаях, когда можно применить несколько способов подготовки.

По каждому варианту определяется сумма затрат на 1 т добычи, зависящих от рассматриваемого способа.

В суммарные затраты входят стоимости проведения выработок, поддержания выработок, подземной откатки, вентиляции подземных работ, осушения месторождения, возврата затрат на проведение штреков или ортов в рудном теле от реализации добытой руды.

Удельное значение суммарных затрат на 1 т добычи:

(IV.68) где Q_пр – стоимость проведения выработок; - стоимость поддержания выработок; - стоимость откатки руды; Q_B – стоимость вентиляции; Q_ОС – стоимость осушения месторождения; Q_ВОЗВР – стоимость возврата от реализации добычи руды; Т – запас этажа; ή – коэффициент извлечения запасов руды; Р – коэффициент разубоживания руды.

Способы подготовки с разницей удельного значения q в 10 – 15 % считаются экономически равноценными.

Выбранной по экономическим преимуществам способ подготовки должен быть проверен на обеспечение надлежащего опережения подготовки по отношению очистной выемки при заданной годовой производительности горизонта.

Необходимый срок подготовки горизонта зависит от интенсивности разработки этажа.

В качестве критерия сравнения объемов горно-подготовительных работ при различных системах разработки используют объем или длину горно-подготовительных выработок, отнесенных к тысяче тонн подготовленных запасов:

(IV.69)

(IV.70)

где d, d₁ - объем или длина горно-подготовительных выработок на одну тыс. т подготовленных запасов, м³ /1000 т или м/1000 т; Г_о, Г_П – объем или протяженность горно-подготовительных выработок, м³ или м; А_П – запасы руды, подготовленные к выемке, тыс. т.

Дата добавления: 2015-08-20