| 21681190 23552 13350 920 1огопадающих залежах средней и большой мощности (до 30 м) получила распространение камерно-столбовая систе-м а разработки с регулярным расположением постоянных поддерживающих рудных целиков (рис. 2). Полезное ископаемое отбивают потолкоуступно, почво-уступно или сплошным забоем на всю высоту камеры. При мощности залежи до 15 м обычно делают верхнюю подсечку, что позволяет тщательно оформлять кровлю очистного пространства и упрощает штанговое крепление; при большей - верхнюю и нижнюю подсечку.
Рис. 1. Система разработки с открытым очистным пространен вом (вариант с потолкоуступной выемкой): 1 - откаточный штрек; 2 - блоковые восстающие; 3 - вентиляционный штрек; 4 - надштрековые целики; 5 - потолочина; б - полки; 7 -наклонные настилы-рештаки; 8 - рудоспуски; 9 - настил над откаточным штреком.
Рис. 2. Камерно-столбовая система разработки (вариант с самоходным оборудованием): i - самоходные буровые каретки; 2 - погрузочная машина; 3 -самоходный вагон; 4 - подземный экскаватор; 5 - штанговая крепь; 6 -электрический бульдозер; 7 - автосамосвал; 8 - рудоспуск; 9 - откаточный штрек; 10 - целики; 11 - междупанельный целик.
Рис. 3. Система разработки подэтаяшыми штреками: 1 - откаточный штрек; 2 - ходовые восстающие; 3 - вентиляционный штрек; 4 - потолочина; 5 - подэтажные штреки; 6 - горизонт подсечки; 7 - скреперный штрек; 8 - рудоспуск.
Рис. 4. Системы разработки горизонтальными и наклонными слоями с закладкой: 1 - откаточный штрек; 2 -вентиляционный штрек; 3 - блоковые восстающие с отделениями для доставки закладочного материала; 4 - настил; 5 - рудоспуски.
Рис. 5. Система подэтажного обрушения (вариант "закрытый веер"): 1 - под-этажный штрек (орт); 2 - выпускные выработки; 3 - подсечная выработка; 4 - штанговые скважины; 5 - буровые заходки.
Рис. 6. Одностадийный вариант системы подэтажного обрушения с отбойкой руды вертикальными слоями в зажатой среде: 1 - выработки откаточного горизонта; 2 - рудоспуск; 3 - подэтажные выработки; 4 - выпускные воронки; 5 - буровые выработки; 6 - скважины; 7 -отбитая руда; 8 - обрушенная порода.
Рис. 7. Система подэтажного обрушения с доставкой руды самоходными машинами (т. н. шведский вариант): 1 - под-этажный штрек; 2 - подэтажные орты; 3 - рудоспуск; 4 - погрузочно-доставоч-ные агрегаты; 5 - буровые каретки; 6 - проходческие буровые каретки.
Рис. 8. Система этажного принудительного обрушения: 1 - выработки откаточного горизонта; 2 - скреперные выработки; 3 - выпускные воронки; 4 - материально-ходовые восстающие; 5 -скважины; 6 - рудоспуски; 7 - компенсационная камера.
Потери полезного ископаемого в целиках 15-25%, иногда до 30-40%. Разработку пластов калийных солей также осуществляют камерно-столбовыми системами при длине камер до неск. сотен м. Выемку ведут комбайнами в сочетании с бункер-перегружателями и самоходными вагонами, доставляющими руду к магистральным конвейерам. Ширина камер (8-12 м) равна двум, реже трём комбайновым ходам, между к-рыми оставляются узкие (1-2 м) межзаходные целики. Ширина ленточных между камерных целиков 8-15 м. В целиках остаётся до 60% запасов.
Системы разработки с подэтажной выемкой (рис. 3) применяют в мощных крутопадающих месторождениях. При мощности до 12-15 м камеры располагают по простиранию рудного тела, при большей - вкрест простирания. Ширина междукамерных целиков в зависимости от ширины камер и устойчивости руды составляет 6-15 м. Расстояние по вертикали между подэтаж-ными штреками (ортами) обычно 10-12 м. В центре или на одной из сторон блока проводится восстающий, расширением к-рого получают узкую разрезную (отрезную) щель на всю ширину и высоту камеры. Отбойка секционная; фронт отбойки обычно вертикальный. Потолочину обрушают массовым взрывом совместно с днищем вышерасположенного блока. Потери руды при выемке камер не превышают 2-3%, при выемке потолочин и целиков возрастают до 30-50%; в целом по системе разработки потери составляют 8-10%.
Этажно-камерными системами разрабатывают мощные крутопадающие и наклонные месторождения; для уменьшения потерь полезного ископаемого при недостаточно крутых углах падения залежей выпускные выработки (воронки, траншеи) проходят в подстилающих породах. Полезное ископаемое в камерах отбивают горизонтальными, наклонными или вертикальными слоями. В связи с отсутствием подэтажных выработок сокращается объём подготовительно-нарезных работ, но возрастают потери при отбойке (до 10-15% ) и разубоживание (до 10-12% ). Производительность труда забойного рабочего 12-15 м3в смену.
Системы разработки с магазинированием (см. Магазинирование полезного ископаемого) отличаются заполнением очистного пространства отбитой рудой, окончат, выпуск к-рой производится после отработки блоков. Потери полезного ископаемого колеблются от 5 до 15%.
Системы разработки с закладкой выработанного пространства характеризуются поддержанием неустойчивых вмещающих пород закладочным материалом, заполняющим очистное пространство по мере выемки полезного ископаемого (см. Закладка в горном деле). В крутопадающих месторождениях применяют системы разработки горизонтальными или наклонными (под углом 30-35°) слоями с закладкой; доставка руды и закладочного материала в очистном пространстве в первом случае скреперами или самоходными машинами, во втором - самотёчная. Закладочный материал подаётся по восстающим, пройденным на границах блока (рис. 4); для выдачи руды в закладке обычно устраивают рудоспуски. Для уменьшения потерь руды перед отбойкой очередного слоя поверхность немонолитной закладки перекрывают деревянными или металлич. настилами либо бетонируют. При разработке мощных пологопадаю-щих месторождений ценных руд применяют варианты системы с монолитной закладкой и самоходным оборудованием. Несмотря на большую трудоёмкость и себестоимость добычи, благодаря высокому извлечению запасов (потери руды не превышают 3-5%), низкому разубожи-ванию, возможности одновременной разработки неск. этажей и безопасности работ в очистном забое эти системы применяют при разработке ценных и склонных к самовозгоранию руд.
Системы разработки с креплением очистного пространства характеризуются регулярным возведением крепи, служащей для поддержания неустойчивой руды и вмещающих пород в процессе очистной выемки; обычно применяют для разработки месторождений ср. мощности. Наиболее часто используют усиленную распорную крепь. Очистная выемка, как правило,-горизонтальными слоями или потолко-уступная.
Разработку месторождений слабых руд, склонных к самообрушению даже при небольших обнажениях, ведут системами разработки скреплением и закладкой очистного пространства. Вследствие высокой стоимости добычи и малой производительности труда забойных рабочих систему используют только для выемки очень ценных руд.
Системы разработки с обрушением вмещающих пород характеризуются заполнением выработанного пространства обрушенными вмещающими породами непосредственно за выемкой полезного ископаемого. Крутопадающие и мощные залежи с неустойчивой рудой и вмещающими породами разрабатывают системой слоевого обрушения, при к-рой выемка руды ведётся в нисходящем порядке горизонтальными слоями высотой 2,3-2,5 м. Для предотвращения проникновения в полезное ископаемое обрушенных пустых пород служит предохранит, деревянный настил (древесный мат). Доставка полезного ископаемого - скреперная. Потери 2-5%. Применяют для разработки ценных руд.
Разработку горизонтальных и полого-падающих пластообразных залежей мощностью до 4-5 м ведут столбовыми системами с обрушением кровли. Шахтное поле разделяют на столбы шириной 25-80 м и длиной от 150 до 500-700 м, столбы отрабатывают по падению сплошным забоем (лавой) или заходками. Отбойка взрывным способом, а в слабых рудах - механическим (комбайнами). Потери полезного ископаемого 7-10% (при выемке заходками они возрастают до 15-20%). В СССР эти системы применяют для разработки месторождений марганцевых руд (Чиатура, Никополь).
Системы разработки с обрушением руды и вмещающих пород характеризуются массовой отбойкой или самообрушением руды с последующим её выпуском под обрушенными вмещающими породами. Применяют для разработки мощных залежей в устойчивых и неустойчивых породах. В СССР являются основными при разработке железных (90%) и фосфатных (100%) руд, широко распространены в цветной металлургии. По порядку выемки различают подэтажное и этажное обрушение. Высота подэтажей в зависимости от гор-но-технич. условий изменяется от 6-8 до 35-40 м, каждый подэтаж имеет горизонт выпуска и доставки. В соответствии с выбранными параметрами системы применяют различные методы взрывной отбойки. При разработке крутопадающих залежей богатых руд, склонных к самообрушению, применяют варианты системы подэтажного обрушения с выемкой руды под деревянным настилом.
Известно много вариантов системы подэтажного обрушения, конструкция их отличается принятым порядком выемки, способом отбойки и выпуска полезного ископаемого, применяемым доставочным оборудованием и т. д. При небольшой высоте этажа (10-18 м) применяют вариант системы "закрытый веер" (рис. 5). При высоте подэтажа более 20 м руду отбивают на горизонтальные или вертикальные компенсационные камеры. Одностадийные системы с обрушением руды и вмещающих пород (без предварит, выемки компенсационных камер) обеспечивают улучшение технико-экономич. показателей добычи. Вариант подэтажного обрушения с отбойкой руды вертикальными слоями в зажатой среде, т. е. на ранее отбитую руду или обрушенные пустые породы, показан на рис. 6. Отработку ведут секциями пл. до 200 м2. При подэтаж-ном обрушении с отбойкой руды наклонными слоями на подконсольное пространство скважины бурят из выработок бурового или доставочного горизонта; в последнем случае для предотвращения разрушения скреперных выработок скважины недозаряжают на 10-12 м от устья. Выпуск ведут из двух-трёх рядов воронок под защитой потолочины, препятствующей преждевременному проникновению пустых пород.
Эффективен вариант подэтажного обрушения с торцовым выпуском руды и доставкой её к рудоспускам самоходными машинами (рис. 7). Подготовка блоков заключается в проведении через 7-9 м на контакте с лежачим боком подэтажных штреков, из к-рых в шахматном порядке проходят орты, служащие для бурения, погрузки и доставки руды. Расстояние между рудоспусками ок. 250 м. Потери руды в пределах 10-15%.
При системах разработки этажного принудительного обрушения (рис. 8) руду отбивают на всю высоту блока. Объём одновременно отбиваемой руды достигает неск. сотен тыс. т. Крепость и устойчивость руды может изменяться в широком диапазоне. Применяют отбойку на горизонтально-подсечные компенсационные камеры и вертикальные компенсационные щели или камеры. Отбойку в зажатой среде слоями толщиной 15-25 м обычно ведут на ранее взорванную руду, прилегающую к взрываемому массиву; магазинирован-ную руду перед отбойкой разрыхляют частичным выпуском. Потери 12-18%.
Система этажного (блокового) самообрушения характеризуется постепенным самообрушением руды в пределах отрабатываемого участка и последующим её выпуском под обрушенными породами (рис. 9).
Рис. 9. Система этажного самообрушения: 1 - выработки откаточного горизонта; 2 - выработки горизонта доставки и вторичного дробления; 3 - смотровые восстающие; 4 - отрезные восстающие; 5 - выработки вентиляционного горизонта; 6 - выработки горизонтов ослабления.
Высота блока от 60 до 120-150 м; площадь подсечки в зависимости от физико-механич. свойств руды и величины горного давления изменяется от 900 до 2500 м2. Для предотвращения зависания руды у границ блоков производят боковую отрезку: подэтажными окаймляющими выработками, узкими магазинами или отрезными камерами, взрыванием веерных комплектов скважин. При отработке блоков, граничащих с выработанными участками, руда обрушается крупными глыбами, что затрудняет выпуск. Достоинство - высокая производительность труда забойных рабочих и низкая себестоимость добычи руды. Однако вследствие больших потерь и разубоживания руды (в среднем 20-25%) система не получила в СССР широкого распространения. В Криворожском басе, (рудник "Ингулец") в слабых рудах применяют вариант под-этажного самообрушения; высота подэтажа 20-40 м, площадь подсечки 400-600 м2, подсечку образуют взрыванием шпуров глубиной 4-5 м, пробурённых из выпускных выработок.
Эксплуатацию мощных месторождений полезных ископаемых часто ведут комбинированными системами разработки, при к-рых камеры и целики примерно равных размеров извлекают одновременно или последовательно различными системами; подготовка блоков в этом случае осуществляется по единой схеме.
За рубенсом подземная разработка руд распространена в Канаде, США, Мексике, Чили, Швеции, Франции, ФРГ, Родезии, Замбии, ЮАР, Австралии; большое число подземных рудников относительно невысокой производительности имеется в Италии, Испании, Японии, на Филиппинах. Наиболее часто разработку ведут системами этажного самообрушения, подэтажного самообрушения, камерно-столбовыми, с креплением и закладкой очистного пространства. Применяется комплексная механизация основных и вспомогат. процессов, широко используется самоходное оборудование. Диаметр взрывных скважин обычно не превышает 56 мм, что обеспечивает хорошее дробление руды и высокую производительность погрузочно-транспортного оборудования.
Осн. направлениями совершенствования П. р. являются: вскрытие мощных месторождений наклонными стволами с выдачей руды на поверхность конвейерами и самоходными средствами; применение наклонных спиральных съездов для доставки в подземные выработки людей, оборудования и материалов; использование скипов большой ёмкости (более 50 т); устройство концентрационных горизонтов с увеличенной высотой ступени вскрытия; создание комбайнов для скоростного проведения выработок в крепких и ср. крепости скальных породах с использованием новых средств разрушения этих пород, а также комбайнов и агрегатов для очистной выемки руд средней крепости; комплексное применение самоходных машин для механизации всех основных и вспомогательных процессов добычи; повышение мощности и производительности самоходных машин; снижение потерь и разубоживания руды при системах с обрушением руды и вмещающих пород; широкая конвейеризация подземного транспорта; внедрение автоматизированных систем управления и т. п.
Лит.: Тругпков Н. И., Разработка рудных месторождений, т. 1-2, М., 1946-47; Стариков Н. А., Системы разработки месторождений, Свердловск - М., 1947; Агошков М. И., Разработка рудных месторождений, 3 изд., М., 1954; Городецкий П. И., Разработка рудных месторождений, М.. 1962; Агошков М. И., Малахов Г. М., Подземная разработка рудных месторождений, М., 1966; Каплунов Р. П., Черемушенцев И. А., Подземная разработка рудных и россыпных месторождений, М., 1966; Именитов В. Р., Технология, механизация и организация производственных процессов при подземной разработке рудных месторождений, М., 1973. М. Д. Фугзан.
Разработка угольных месторождений. Условия залегания угольных пластов отличаются большим разнообразием (см. Угольное месторождение). Это, а также экономич. причины обусловили применение различной технологии разработки угольных пластов. Как правило, для разрушения угля используют механич. средства или взрывчатые вещества; реже гидравлические (см. Гидравлическая добыча угля) и химические (см. Подземная газификация углей). Технология очистных работ предполагает либо постоянное присутствие рабочих в очистном забое, либо безлюдную выемку угля. Выделяют различные способы выемки угля: комбайнами (см. Горный комбайн), стругами (см. Струговая выемка), отбойными молотками или взрывчатыми веществами. Наиболее перспективна выемка угля комбайнами и стругами в сочетании с механизированными крепями - механизированными комплексами (см. Комплексы угольные). Такими комплексами в СССР добыто 48,0% угля из очистных забоев на пластах пологого и наклонного падения, где требуется навалка (1973). На крутых пластах выемка комплексами пока (1974) ограничена.
Различают системы разработки с длинными и короткими забоями.
Система разработки с длинным забоем может быть сплошной, столбовой и комбинированной. Каждая из этих систем разработки имеет варианты в зависимости, напр., от направления подвига-ния очистного забоя по отношению к элементам залегания пласта (по простиранию, падению, восстанию), способа подготовки этажа или яруса к очистной выемке, а при разработке мощных пластов - от метода их выемки по мощности: без разделения и с разделением на слои (наклонные, горизонтальные, поперечно-наклонные).
Сплошная система разработки. Характерным является одновременность проведения подготовит, выработок и очистной выемки угля в крыле этажа, панели. Подготовка очистного забоя (рис. 10) производится на расстоянии не менее 25-50 м от наклонных (бремсберга, уклона, ствола с ходками) или горизонтальных выработок путём проведения транспортной и вентиляционной выработок и разрезной печи между ними. В разрезной печи монтируют средства механизации и приступают к очистной выемке угля; очистной забой перемещается от наклонной (горизонтальной) выработки к границе этажа (панели). Вслед за забоем в выработком пространстве проводят прилегающие к забою выработки. Такое положение забоев очистных и подготовит, выработок сохраняется в течение всего периода отработки этажа (яруса). Применяются также другие варианты системы, к-рые зависят от угла падения пластов и различаются способами подготовки пласта, проведения выработок и т. п.
Рис. 10. Сплошная система разработки "лава - этаж": 1 - наклонные выработки; 2 - этажный конвейерный штрек; 3 - просек; 4 - очистной забой (лава); 5 - этажный вентиляционный штрек; 6 - разрезная печь.
Рис. 11. Система разработки длинными столбами по простиранию: 1 - откаточный штрек; 2 - конвейерный ярусный штрек; 3 - разрезная печь; 4 - вентиляционный ярусный штрек; 5 - промежуточная приёмно-отправительная плошад-ка; 6 - нижняя приёмно-отправительная площадка.
Сплошная система разработки характеризуется малым первоначальным объёмом проходимых выработок при подготовке нового очистного забоя. Её осн. недостатки: сложные условия поддержания штреков; большие утечки воздуха через выработанное пространство; возможность встречи непредвиденного геологич. нарушения и остановки лавы по этой причине. Сплошная система разработки затрудняет использование высокопроизводит. комплексов и агрегатов. Поэтому её применение должно быть ограничено тонкими пластами, залегающими на больших глубинах, и одиночными незащищёнными пластами, опасными по внезапным выбросам угля и газа или горным ударам.
Столбовая система разработки. Характерным для столбовых систем разработки является проведение подготовит, выработок до начала очистных работ; эти выработки оконту-ривают запасы угля в пределах этажа, яруса, выемочного столба.
Вариант столбовой системы разработки по простиранию при панельном способе подготовки шахтного поля представлен на рис. 11. Около главного откаточного штрека у наклонных выработок сооружают приёмно-отправит. площадку, обеспечивающую приём и отправление грузов от околоствольного двора к очистным забоям и обратно. От площадки до верхней (или нижней) границы панели проводят наклонные выработки: бремсберг (уклон) и ходки, к-рые используются для подачи воздуха, вспомогат. транспорта, спуска - подъёма людей. Уголь транспортируется ленточными конвейерами по бремсбергу (уклону). От наклонных выработок в обе стороны проводят ярусные штреки (транспортный и вентиляционный) со вспомогат. выработками (заездами, сбойками и др.). По мере отработки подготавливается следующий ярус, для чего проходят новые штреки. Столбовая система разработки устраняет недостатки, присущие сплошной, однако она характеризуется повышенными потерями (на 5-7%) угля в целиках и увеличенным первоначальным объёмом проводимых подготовит, выработок. Её применение позволяет повысить нагрузку на очистной забой, улучшить осн. технико-экономич. показатели. Находит широкое применение при разработке пластов тонких и ср. мощности, а также при слоевой разработке мощных пластов.
Получает распространение система разработки длинными столбами с подвига-нием очистного забоя по падению (рис. 12) или восстанию пласта. От выработки, вскрывающей пласт, проводится главный полевой откаточный штрек. Параллельно полевому проводят пластовый штрек и две наклонные выработки до вентиляционного горизонта, где их соединяют разрезной печью. Длина выемочного столба до 1000-1500 м и более, ширина соответствует длине лавы. Очередной столб подготавливается путём проведения новых наклонных выработок и разрезной печи. Система разработки с перемещением забоя по падению позволяет обеспечить снижение удельного объёма проводимых и поддерживаемых выработок; постоянную длину лавы в пределах выемочного столба (что особенно важно при оснащении очистного забоя механизированным комплексом оборудования или агрегатом); простую и надёжную схему подземного транспорта; прямоточную схему проветривания с подачей воздуха к источникам выделения метана (очистной забой, выработанное пространство, уголь на конвейере, подготовит, выработки). Недостатки: большой объём наклонных выработок, проведение и эксплуатация к-рых обходятся дороже, чем горизонтальных. При высокой водообиль-ности применяют аналогичную систему разработки с перемещением очистного забоя по восстанию пласта. Оба варианта системы разработки благодаря их технико-экономич. преимуществам являются наиболее прогрессивными для выемки тонких и ср. мощности пластов с углом падения до 12-15°.
Систему разработки длинными столбами по простиранию или по падению применяют также при выемке мощных пологих пластов.
При разработке тонких и ср. мощности наклонных и крутых пластов наибольшее распространение получила система разработки длинными столбами по простиранию. На выбор размеров выемочного поля по простиранию и длины очистного забоя решающее влияние оказывает способ выемки угля. При буровзрывной выемке угля длина выемочного поля не превышает 300-400 м, при механизированной может достигать 1000 м и более. Каждое выемочное поле вскрывают промежуточными квершлагами, от к-рых по пласту проводят откаточный (конвейерный) и вентиляционный штреки (рис. 13). Система разработки длинными столбами по падению (щитовая) применяется для разработки крутых пластов с передвижной оградит, крепью в виде щитового перекрытия. Впервые предложена в СССР Н. А. Чинакалом и применяется на шахтах Кузнецкого басе, начиная с 1938. Этаж высотой по вертикали 80-100 м разделяют на выемочные поля размерами по простиранию 250-300 м. Их, в свою очередь, делят на отд. щитовые столбы (см. Щитовая выемка). Длина очистного забоя и способ подготовки столба зависят от применяемой технологии выемки угля. При буровзрывном способе выемки угля (рис. 14) длина очистного забоя не превышает 24-30 м\ через каждые 6 м под щитовое перекрытие проводятся углеспускные печи (скважины). Эта система при буровзрывном способе имеет недостатки: высокие эксплуатационные потери, большой объём подготовительных работ, низкая степень механизации и высокий уровень ручного труда, высокая аварийность. Вследствие этого она неперспективна.
Рис. 12. Система разработки длинными столбами по падению: 1 - пластовый штрек; 2 - главный откаточный полевой |
