Подземные горные работы. Части 3 и 4: Учебное пособие в 4 частях

Голосов: 5

Пособие для студентов специальностей 130403 (090500) "Открытые горные работы" и 130404 (090200) "Подземная разработка месторождений полезных ископаемых". Изучение дисциплины "Подземные горные работы" базируется на двух дисциплинах "Геомеханика" и "Строительство горных предприятий" и, в то же время, лежит в фундаменте дисциплины "Проектирование горных предприятий". Данное издание включает часть 3 "Системы разработки при подземной добыче руды" и часть 4 "Выбор технологии добычи руды".

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
         МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
          РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

        МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
           ОТКРЫТЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра разработки месторождений полезных ископаемых


                                     УТВЕРЖДАЮ
                                Проректор по учебной работе




            А.К.Порцевский


    ПОДЗЕМНЫЕ ГОРНЫЕ РАБОТЫ
           ЧАСТЬ 3 и 4

             Учебное пособие в 4 частях


Зарегистрировано в Федеральном агентстве по образованию
                 (№ 5376 от 16.11.2005.)


               для студентов специальностей
       130403 (090500) «Открытые горные работы»
  130404 (090200) «Подземная разработка месторождений
                  полезных ископаемых»




                    Москва 2005 г.
                     ЧАСТЬ 3.


                                           2
        Системы разработки при подземной добыче руды
                   § 1. Классификации систем разработки

      Система разработки - это технология, организация добычи полезного
ископаемого в очистном блоке. Организация добычных работ заключается в
проведении подготовительных, нарезных выработок и в цикличном выполне-
нии специфических для каждой системы технологических процессов (напри-
мер, бурение – взрывание – доставка – крепление - закладка) в определенном
порядке (сверху вниз, снизу вверх, от центра к флангам или наоборот ...). Все
системы разработки объединены по группам в классификацию, наиболее из-
вестны в России две классификации - М.И.Агошкова и В.Р.Именитова.
      У Агошкова М.И. системы разделены на классы по признаку состояния
очистного пространства во время добычи руды (очистное пространство неза-
полнено или как-то заполнено), а у В.Р.Именитова разделены на классы по дру-
гому признаку - по способу поддержания очистного пространства при добыче
руды (очистное пространство либо как-то укрепляется либо нет).
      Для более детального ознакомления с конкретными расчётами по систе-
мам разработки автором выпущено отдельное учебное пособие1, а особенности
подземной добычи редких и радиоактивных руд приведены автором в другом
учебном пособии2.

                А. Классификация систем по Агошкову М.И.
                  I класс. С открытым очистным пространством
      1. Сплошная система (однослойная выемка с редкими целиками различ-
ной формы - на пластах)
      2. Камерно-столбовая система (однослойная выемка с систематическими
и одинаковыми целиками - на пластах)
      3. Система с подэтажной отбойкой (отбойка камеры из нескольких буро-
вых штреков, ортов по высоте этажа)
      4. Система с этажно-камерной отбойкой (отбойка камеры на высоту эта-
жа из одной-двух буровых штреков, ортов)
      5. Потолко- и почвоуступные системы (очень редко применяются)
      6. Система с отбойкой глубокими скважинами из буровых восстающих
           II класс. С магазинированием руды в очистном пространстве
      1. Система со шпуровой отбойкой из магазина (отбойка камеры слоями
снизу вверх, бурение производится с навала руды под ногами)
      2. Система с отбойкой руды глубокими горизонтальными скважинами из
буровых восстающих и магазинированием


1
  Порцевский А.К. Системы разработки при подземной добыче руды. Учебное пособие по
курсу практических занятий. – М.: МГГА, 2000, 112 с.
2
  Порцевский А.К. Особенности подземной разработки месторождений радиоактивных руд.
Учебное пособие. – М.: МГГА,1999, 38с.


                                       3
      3. Система с отбойкой руды глубокими горизонтальными скважинами из
буровых камер возле восстающих и магазинированием
                  III класс. С закладкой очистного пространства
      1. Горизонтальные восходящие слои с закладкой
      2. Наклонные (под углом 30-400) восходящие слои с закладкой
      3. Нисходящая слоевая выемка с твердеющей закладкой
      4. Сплошная и потолкоуступная системы с закладкой (редко применяют-
ся)
                 IV класс. С креплением очистного пространства
                                 (редко применяются)
      1 . Системы с усиленной распорной и станковой деревянной крепью
      2. Системы с каменной и комбинированной крепью
            V класс. С креплением и закладкой очистного пространства
                                 (редко применяются)
      1. Горизонтальные восходящие слои, уступы с креплением и с закладкой
      2. Вертикальные прирезки со станковой крепью и закладкой (отбойка из
буровых восстающих)
                    VI класс. С обрушением вмещающих пород
      1. Слоевое обрушение (выемка слоями сверху вниз под обрушенными по-
родами)
      2. Столбовые системы (выемка заходками, лавой под обрушенными поро-
дами на пластах)
      3. Щитовые системы (выемка слоями сверху вниз под деревянным щитом
и обрушенными породами)
                VII класс. С обрушением руды и вмещающих пород
      1. Системы подэтажного обрушения (отбойка "в зажиме")
      2. Системы этажного принудительного обрушения руды (отбойка "в за-
жиме")
      3. Система этажного самообрушения руды (без отбойки)
                       VIII класс. Комбинированные системы
      1. Выемка первичных камер системами с открытым очистным простран-
ством
      2. Выемка первичных камер с магазинированием руды
      3. Выемка первичных камер с закладкой

                  Б. Классификация по Именитову В.Р.
          I класс. С естественным поддержанием очистного пространства
      1. Сплошная система
      2. Камерно-столбовая система
      3. Камерные системы с последующей закладкой
                 II класс. С обрушением руды и вмещающих пород
      1. Этажное принудительное обрушение и самообрушение
      2. Подэтажное обрушение
    III класс. С искусственным поддержанием очистного пространства
      1. С закладкой


                                           4
        1.1. Сплошная однослойная выемка
        1.2. Горизонтальные восходящие и нисходящие слои
        1.3. Наклонные слои
        1.4. Селективная выемка тонких жил
      2. С креплением
      3. С креплением и последующим самообрушением
        3.1. Столбовые системы с обрушением
        3.2. Слоевое обрушение
      4. С магазинированием

      Доля основных систем разработки на месторождениях МинЦветМета
                (факт на 1995 г. и прогноз ИПКОНА3 на 2010 г.)
                                                            Системы с
                     Полезное Системы с от- Системы
  Тип месторожде-                                          обрушением
                     ископае-      крытым про- с заклад-
        ния                                                 руды и по-
                        мое         странством     кой
                                                                 род
1.Пластообразные
                      Никель,
глубокозалегающие                     30-25%    50-20%         4-34%
                      кобальт
месторождения
2.Крутопадающие
неглубокие место- Вольфрам,
                                      55-65%        -          28-22%
рождения     непра- молибден
вильной формы
3. Пласто- и линзо-
образные крутопа- Свинец,
                                      21-29%    34-32%         35-30%
дающие месторож-       цинк
дения
4.Жильные место-
                       олово          27-43%       нет         34-24%
рождения
5.Сложно-структур-    Сурьма          78-66%    0,5-2,5%       6-20%
ные                    Ртуть          36-60%     2,5-3%        47-28%

    Примечание. Первая цифра – удельный вес класса систем разработки на
1995 год, вторая – прогноз на 2010 год.




     По данным Санкт-Петербургского горного университета доля основных
систем разработки месторождений полезных ископаемых по России в целом
следующая4:



3
  Комплексное освоение рудных месторождений: проектирование и технология подземной
разработки. Под ред. Д.Р.Каплунова. - М.: изд. ИПКОН РАН, 1998, 383 с.


                                                 5
               Класс систем разработки                     Доля добычи, %
        С открытым очистным пространством                        35,9
        С обрушением руды и вмещающих пород                      33,5
        С закладкой очистного пространства                        8,8
        С обрушением вмещающих пород                             14,2
        С магазинированием руды                                   2,6
        Комбинированный                                           5,0

                             Параметры систем разработки
                                    Средняя            Уд. расход        Удельный
                    Размеры                                              расход ВВ,
     Система                     производитель-        подг. - нар.
                    блока, м
    разработки                    ность блока            работ,
                     BxL                                               м3/1000т кг/т
                                   тыс.т / мес           м3 / см
Камерно-
                    80-200 x
cтолбовая, ка-                           4-6               15-30         30-50     0.35
                    200-400
мера b=8-20 м
                     60-80 x
Сплошная                                 2-3               15-40         20-40     0.35
                     150-200
Подэтажной           10-30 x
                                        2-6.5              10-35         30-60      0.3
отбойки               30-90
Этажно-камер-        10-30 x
                                        4-15               15-25         20-35     0.45
ная                   30-90
С магазиниро-         0.8-5 x
                                       0.5-1.5              3-7          40-65      0.5
ванием                40-100
С распорной
                0.8-4 x
крепью, потол-                          0.5-1              0.5-2         40-70     0.55
                 30-80
коуступная
Горизонталь-
                50-80 x
ны-ми восхо-                            0.5-1               5-8          10-20     0.55
               100-120
дящими слоями
Горизонталь-
                 50-80
ны-ми нисхо-                           0.5-1.5              5-8          10-20     0.55
               x100-120
дящими слоями
Подэтажное      4-30 x
                                         2-5               10-30         30-60      0.3
обрушение        50-90
Этажное обру-   4-30 x
                                        3-10               15-25         20-35     0.45
шение            50-90
Этажное само-   20-50 x
                                        3-13               10-30         10-30      0.1
обрушение       40-100
Cлоевое обру-   2-30 x                  0.5-1              0.5-1         30-60     0.35

4
  Недра России. Том 2. Экология геологической среды. Под ред. Н.В.Межеловского,
А.А.Смыслова. – С.-П. - М.: С.-П. горный институт, Межрегион. центр по геол. картографии,
2002, 662 с. (с. 307).


                                             6
шение               30-60
Столбовая, на      20-80 x
                                     10-20             10-15         30-50     0.3
мягких пластах     300-800

        Технико-экономическая характеристика систем разработки
      Система         Потери руды, Разубоживание,       Затраты на
     разработки             %              %           добычу, у.е./т
Камерно-столбовая с
самоходным оборудо-       25-60          5-15               4-6
ванием
Сплошная                  15-30          5-15             3.5-5.5
                     5-10 – в камере
Подэтажной отбойки                       5-10               3-7
                     до 30 – в блоке
                     5-15 – в камере
Этажно-камерная                           5-15              3-5
                     до 30 – в блоке
С магазинированием        5-10           5-15               6-9
С распорной крепью,
                          5-10           5-10              10-20
потолкоуступная
Горизонтальными
                          5-10           5-10              7-12
восходящими слоями
Горизонтальными
                           3-8           5-10              10-20
нисходящими слоями
Подэтажное обруше-
                          15-20          15-25              3-6
ние
Этажное обрушение         15-25          20-30            2.5-4.5
Cлоевое обрушение         5-10           5-10              9-15
Столбовая, на мягких
                          10-15          5-10              5-12
пластах

               В. Другие классификации систем разработки5:
     В учебной и технической литературе можно отыскать следующие клас-
сификации:
     а) по признаку «тип, морфология месторождения» - Крэйна, Юнга,
И.Покровского, Г.Е.Баканова, Л.И.Барога;
     б) по признаку «поддержание выработанного пространства» - Сперра,
Митке, В.Н.Семевского;
     в) по признаку «поддержание очистного пространства» - МакКлеланда,
В.И.Грудева, Е.П.Прокопьева, Н.А.Старикова, Вольфсона-Барласа,
М.И.Агошкова, Г.Н.Попова, Льюиса, Райта, Джексон-Гарднера, Н.И.Трушкова,
К.М.Чарквиани, Ш.Н.Мамедова, В.Р.Именитова;
     г) по признаку «поддержание в период выемки и последующее заполне-
ние выработанного пространства» - В.Т.Маркелова;
5
 Байконуров О.А. Классификация и выбор методов подземной разработки месторождений. -
Алма-Ата, Наука, 1969, 606 с.


                                           7
      д) по признакам «тип забоя, способ поддержания кровли, способ подсечки
блока и т.п.» - Американского института горных инженеров и металлургов;
      е) по признаку «стадийность выемки» - А.И.Стешенко;
      ж) по признаку «тип фронта работы этажа и тип заполнения выработан-
ного пространства» - О.А.Байконурова.
      Все они хороши по-своему, но всё же труднообъяснимы студентам.
Именно поэтому автору представляется необходимым наметить принципы по-
строения совершенно новых классификаций систем разработки.

    Принципы построения новых классификаций систем разработки6:

     1) по направлению движения фронта очистных работ
            для пологих залежей – в горизонтальном;
            для крутопадающих – в вертикальном;
     2) по комплексу используемого в блоке оборудования
            на выпуске отбитой руды из блока – самотёчная доставка или при-
нудительная;
            выпуск определяет и буровую технику:
     а) если самотёчная доставка, то бурение скважин осуществляется перенос-
ными станками (с редкими исключениями, такими же редкими как исключения
в правилах русского языка);
     б) если принудительная доставка, то бурение шпуров осуществляется са-
моходными установками;
     3) по судьбе целиков:
             остаются в неприкосновенности (камерно-столбовая и др. системы);
             ликвидируются:
     а) если межкамерные - то среди заложенных закладкой камер;
     б) если межэтажные – то при отбойке нижерасположенного этажа;
             без целиков (системы с закладкой);
     4) по определяющему выбор системы разработки признаку и последова-
тельности расчётов:
             пологая или крутая залежь;
             обрушение поверхности, тогда на первый план выходят расчёты
сдвижения охраняемых объектов;
             устойчивость пород, руды, тогда сначала требуются расчёты безо-
пасных размеров полостей;
             возгораемость, слёживаемость, окисляемость – вынуждают приме-
нять принудительную доставку без магазинирования руды в очистном про-
странстве;
             ценность руды определяет требуемую полноту извлечения, напри-
мер, щадящую шпуровую отбойку с твердеющей закладкой пустот;
     5) по степени нарушения естественного состояния горного массива:

6
  Порцевский А.К. Выбор рациональной технологии добычи руд. Геомеханическая оценка
состояния недр. Использование подземного пространства. Геоэкология.- М.: изд. МГГУ,
2003, 767 с.


                                         8
          полное нарушение - системы с обрушением пород;
          частичное нарушение – системы с целиками;
          щадящее нарушение – системы с заменой горного массива закла-
дочным массивом.

                  §2. Технология очистных работ в блоке

                       Технология создания отрезной щели
      Особенность очистной отбойки руды в камерах заключается в предвари-
тельном создании здесь некоторого компенсационного пространства, чтобы
раздробленная взрывом руда могла где-то свободно разместиться (коэффициент
разрыхления при отбойке обычно 1,2-1,3). Другая цель – создание второй об-
нажённой поверхности, параллельно которой выбуривают, например, веера
скважин и тем снижают удельный расход ВВ на отбойку. Выпускают отбитую в
восстающем и щели руду через заранее пройденные выработки днища камеры.
     Компенсационное пространство в камере – отрезной восстающий и щель -
создаётся двумя вариантами: а) мелкошпуровой отбойкой с проходческого пол-
ка снизу вверх; б) секционным взрыванием зарядов в длинных параллельных
скважинах. Подробности проходки восстающих приведены в главе – Техноло-
гия проведения горизонтальных и вертикальных горных выработок.
     Рассмотрим наиболее часто встречающийся вариант. Если отбойка в каме-
ре будет производиться вертикальными прирезками, то на уровне кровли каме-
ры проходят из восстающего специальную горизонтальную выработку, из ко-
торой в торце камеры вниз бурят длинные параллельные скважины на всю вы-
соту камеры. Сначала секционно отбивают восстающий, затем по торцу камеры
– отрезную щель (используя восстающий как компенсационное пространство).
     Другой вариант проходки отрезного восстающего рассмотрен в параграфе
- Опыт подземной отработки редкометальных месторождений.

                           I класс.
          Системы с открытым очистным пространством
                           (здесь и далее по М.И.Агошкову)

      В процессе выемки руды очистное пространство остается свободным,
пустым и его устойчивость к обрушениям обеспечивается лишь рудными или
породными целиками. Условия применения - высокая устойчивость руд и по-
род, глубина разработки до 800 м (глубже возможны горные удары).

                               Сплошная система

     Используется при разработке горизонтальных и пологих залежей мощ-
ностью от 1 до 6 м. Выемка ведётся сплошным забоем по простиранию или
вкрест простирания пласта, в очистном пространстве остаются неравномерно
расположенные целики (там, где встречается бедная руда и пустая порода). При
разработке ценных руд и мощности залежи менее 2 м, вместо целика, соору-


                                       9
жают бетонные столбы (хотя тогда система разработки будет отнесена к IV
классу). При мощности залежи более 3-4 м забой делят на уступы по высоте.
Отбойка руды - горизонтальными шпурами. Вслед за очистными работами
обычно принудительно обрушают кровлю (через 300 м от забоя) - для снижения
горного давления.




     Диаметр целиков и расстояние между ними (ширина камеры) зависят от
устойчивости кровли: D=3-18 м, В=5-30 м.
     Оборудование: при малой мощности и в наклонных залежах используют-
ся ручные перфораторы и скреперная доставка (производительность рабочего
забойной бригады 10-15 т/смену; при мощности более 2,5 м применяется са-
моходная буровая и погрузочно-доставочная техника, включая экскаваторы,
самосвалы и самоходные вагоны (производительность рабочего забойной бри-
гады 70-120 т/смену).


                                         10
      Преимущества: небольшой объём подготовительно-нарезных работ в
блоке, возможность выемки рудного тела неправильной формы, удобные усло-
вия для внутризабойной сортировки руды, хорошее проветривание.
      Недостатки: большие потери руды в обязательных целиках, возможно об-
рушение кровли в забое.

                          Камерно-столбовая система

      Используется при разработке горизонтальных и пологих залежей мощно-
стью от 3 до 30 м. Характеризуется регулярным чередованием очистных камер
и межкамерных целиков-столбов, между блоками расположены ленточные це-
лики. Из-за высоких потерь руды в целиках применяется лишь на месторожде-
ниях малоценных руд (железо в Губкино, гипс в Новомосковске…). При углах
падения пласта больше 30-35о доставка от забоя до приёмных воронок произво-
дится силой взрыва. Ширина камер 8-20 м, целиков 4-6 м. В ленточных цели-
ках возможно устройство вентиляционных коллекторов (на уровне кровли ка-
мер).                             Б-Б

  А                                                                   А
                                    10 м

                              5м
            12 м              100 м
                                   А-А



                            20 м


  Б                                                                    Б


                          15 м

                       Рис. 2. Камерно-столбовая система
      Оборудование: самоходная техника для бурения, погрузки и доставки
руды к стволу (производительность рабочего забойной бригады 60-80
т/смену). Потери руды 50-60%, разубоживание 5-35%.
      Преимущества: возможность комплексной механизации всех процессов,
низкая себестоимость, хорошее проветривание, нет крепи, есть возможность
внутризабойной сортировки.
      Недостатки: большие потери руды в целиках, возможны обрушения кров-
ли в забое.



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика