книги из ГПНТБ / Хетагуров, Г. Д. Эффективность систем разработки этажного и подэтажного обрушения

Г. Д. XÈTAryPöR

ЭФФЕКТИВНОСТЬ СИСТЕМ РАЗРАБОТКИ ЭТАЖНОГО И ПОДЭТАЖНОГО ОБРУШЕНИЯ

ИЗДАТЕЛЬСТВО « Н Е Д Р А»'

М О С К В А , 1974

Светлой паями

матери своей Вере Абисаловне посвящаю

А в т о р

ПРЕДИСЛОВИЕ

Для обеспечения дальнейшего развития цветной металлургии одной из важнейших задач являются комплексное исследование и выбор наиболее эффективных систем разработки рудных место­ рождений.

Оптимальным вариантом разработки является тот, который обеспечивает максимальное извлечение полезного ископаемого из недр и минимум затрат общественно необходимого труда на еди­ ницу конечной продукции.

Большую роль в развитии подземного способа добычи руды месторождений цветных металлов сыграло освоение и широкое внедрение системы этажного принудительного обрушения. Автор принимал непосредственное участие в обосновании, освоении и внедрении этой системы, исследованиях ее эффективности на ряде предприятий.

Методика комплексного исследования системы, включая до­ бычу и способы обогащения руд, дает наиболее правильную харак­ теристику эффективности системы разработки, так как здесь ис­ следуются технические и экономические вопросы, включая влияние содержания металла в руде, потерь и разубоживания, себестои­ мости добычи и переработки на эффективность системы.

Исследованы основные показатели эффективности системы раз­ работки этажного принудительного обрушения:

а) изменение коэффициента эксплуатации; б) взаимозависимость между содержанием металла в руде и

себестоимостью концентрата; в) потери и разубоживания руды в зависимости от объема вы­

пущенной горной массы из блока при горизонтальной и наклонной плоскостях контактов руды и породы;

3

Заслуживает внимания определение А. В. Будько и К. Г. Ару­ тюнова особенностей системы подэтажиого принудительного обру­ шения. Как известно, в этом вопросе были не совсем правильные взгляды ряда специалистов. Подэтаж в отличие от промежуточного горизонта не имеет прямой связи с вскрывающими выработками и нарезается в каждом блоке независимо. Промежуточный же гори­ зонт представляет комплекс горизонтальных выработок, обслу­ живающий группу блоков и предназначенный для приема, транспортирования и перепуска руды на основной откаточный горизонт [1].

Отметим, что всем разновидностям системы этажного прину­ дительного обрушения свойственна отбойка и доставка отбитой руды в очистном забое. Основное различие между отдельными вариантами системы этажного принудительного обрушения сво­ дится к способу обрушения запасов блока: при двухстадийной выемке — на вертикальное или горизонтальное компенсационное пространство, а при одностадийной — на вертикальную (наклон­ ную) плоскость контакта обрушенной руды и породы удлиненными зарядами.

В первом случае соотношение количества руды, отрабатывае­ мой в первой и второй стадиях очистных работ, колеблется в ши­ роких пределах и обусловлено главным образом физико-механи­ ческими свойствами руды и вмещающих пород. При недостаточно устойчивых рудах и вмещающих породах объем компенсационного пространства меньше, а при устойчивых — больше и достигает 40% запасов блока. Одностадийный вариант носит условный характер, так как здесь также имеется компенсационное пространство. Наиболее широкое распространение этот вариант получил в пе­ риод применения детонаторов с миллисекундным замедлением, при котором возможно осуществить многорядное взрывание на первоначально образованное компенсационное пространство, а за­ тем на замагазинированную воду.

При двухстадийном варианте заполнение объема блока отби­ той рудой на полную высоту этажа зависит от степени дробления и объема компенсационного пространства. При массовом обруше­ нии руды с постоянной кусковатостыо полное заполнение может произойти в двух случаях:

1.При послойном способе обрушения руды горизонтальными скважинами, когда объем компенсационного пространства возрас­ тает по мере обрушения и выпуска руды, сохраняя постоянную высоту заполнения блока.

2.Когда объем компенсационного пространства является по­ стоянным и составляет 30—40% запасов всего блока. В этом случае при одновременном обрушении оставшихся запасов блока высота заполнения этажа максимальна и постоянна.

При переменной степени дробления и постоянном объеме ком­ пенсационного пространства высота заполнения будет переменной,

6

Для полного заполнения блока при переменном отношении камерных запасов к запасам руды в целиках кусковатость взры­ ваемой горной массы будет различной и, наоборот, при постоян­ ном соотношении запасов руды в камерах и целиках степень дроб­ ления постоянна. Следовательно, признак полного заполнения блока отбитой рудой не является обязательным условием.

Считается, что объем компенсационного пространства не дол­ жен превышать 40% всего объема блока. Это условие недоста­ точно обосновано. Если, например, объем компенсационного про­ странства составляет 41—45% объема блока, то рассматриваемая система теряет свои свойства и становится этажно-камерной. Между тем очевидно, что при объеме компенсационного простран­ ства как 30—40%, так и 41—45% блок может быть заполнен отби­ той рудой на всю активную высоту этажа или же только на ее часть.

Отсюда следует, что объем компенсационного пространства не является тем признаком, который отличает этажное обрушение от камерных систем разработки. Видимо, этот объем должен быть таким, чтобы его технико-экономические показатели не превы­ шали показателей при нарезных работах.

Другой особенностью системы этажного принудительного об­ рушения является выпуск руды под обрушенными налегающими породами. Практика показала, что обрушение налегающих (вме­ щающих) пород может произойти при следующих обстоятельствах:

1)в момент обрушения основных запасов блока (целиков) на компенсационное пространство;

2)в период выпуска отбитой руды во второй стадии очистных

работ;

3)после выпуска отбитой руды.

Все случаи наблюдаются в практике применения системы этажного принудительного обрушения.

Так, в Криворожском бассейне налегающие породы обрушаются вслед за обрушением руды. На Лениногорских рудниках им. 40-летия ВЛКСМ, им. XXII съезда КПСС обрушение налегаю­ щих пород происходит как в момент обрушения основных запасов блока (целиков) на вертикальные компенсационные пространства, так и после него. Показателен опыт отработки нескольких блоков на этих же рудниках, когда обрушение налегающих пород к мо­ менту завершения выпуска отбитой руды не наблюдалось.

Кроме того, обрушение налегающих пород может также про­ изойти при различной высоте опускания отбитой руды в блоке.

Таким образом, основные признаки, или особенности, системы этажного принудительного обрушения сводятся к следующему:

1)весь процесс по добыче руды в блоке разделяется на две производственные операции — отбойку и выпуск руды;

2)отбойка руды при одностадийном и двухстадийном вариан­ тах ведения очистных работ производится горизонтальными или вертикальными скважинами, а также камерными зарядами;

7

3)при двухстадийном варианте ведения очистных работ обя­ зательно наличие горизонтального или вертикального компенса­ ционного пространства и горизонтальной или наклонной плоскости контакта руды и обрушенной пустой породы — при одностадийной отработке;

4)выпуск руды под обрушенными породами независим как от высоты заполнения блока отбитой рудой, так и от времени оседа­ ния налегающих пород (до или после начала выпуска руды).

Из сказанного следует, что по количеству основных производ­ ственных операций и, следовательно, по экономической эффектив­ ности системы этажного самообрушения и принудительного обру­ шения должны быть отнесены к разным группам. При рассмотре­ нии этих доводов неизбежно затрагивается вопрос о делении всех систем по их экономическим показателям. Однако, если в основу деления положить обычные технико-экономические показатели си­ стем, применяемых в одних и тех же условиях, то может ока­ заться, что малопроизводительная система, например слоевое обрушение, будет эффективнее системы этажного принудительного обрушения. Это означает, что основные конструктивные элементы

второй системы были выбраны такими, что сделали ее неприемле­ мой в данных условиях.

Аналогичные показатели могут быть и при других системах. Между тем очевидно, что из двух рассматриваемых систем вторая более производительна вследствие устранения таких производст­ венных операций, как поддержание выработанного пространства и доставка руды с помощью современных механизмов.

Следовательно, за основу деления систем целесообразно при­ нять число главных производственных операций в очистном забое, присущих всем системам. Сочетание этих операций будет опре­ делять экономическую эффективность и место одной системы от­ носительно другой. Группирование систем по экономическим по­ казателям позволит дать правильную оценку системы по конеч­ ному продукту (концентрату) с учетом себестоимости добычи, потерь и разубоживания руды, производительности блоков, со­ держания металла в добытой руде и государственной отпускной цены на металл.

§ 2. Опыт применения систем разработки с обрушением вмещающих пород

Основными системами разработки на горнорудных предприя­ тиях цветной металлургии были слоевое обрушение и горизонталь­ ные слои с закладкой, в меньшей степени — камерные системы. Этими системами отрабатывались преимущественно богатые руды.

Переход на более высокопроизводительные системы осуществ­ лялся в 1948—1951 гг. Решающее значение в области освоения новых систем оказало применение глубоких скважин при отбойке руды. Внедрение этого способа на рудниках Казахстана положило

8

начало широкому применению в цветной металлургии высокоэф­ фективного шарошечного и пневмоудариого бурения скважин.

Совершенствование систем разработки на базе применения глубоких скважин явилось главным направлением технического прогресса подземной разработки рудных месторождений, позво­ ляющим достигнуть максимального повышения производительно­ сти труда.

В первое время наибольшее распространение получил двух­ стадийный вариант системы этажного принудительного обруше­ ния, затем одностадийный вариант с многорядиым взрыванием на малое компенсационное пространство. До настоящего времени доставка руды в очистном забое осуществляется скреперами. Производительность скреперования в смену при среднем расстоя­ нии доставки руды 25—35 м составляет 100—200 т, мощность лебедки 28—55 квт. Выработки скреперования располагаются на расстоянии 10—12 м друг от друга, выпускные выработки на рас­ стоянии 5—6 м. Средняя площадь блока составляет 4200 м2. Среднемесячная производительность блока с активной высотой 23 м с учетом подготовительных работ от 7 до 9 тыс. т.

В настоящее время на Зыряновском и Леииногорском комби­ натах (Рудный Алтай) месторождения отрабатываются система­ ми этажного и подэтажного принудительного обрушения с актив­ ной высотой этажа от 12 до 45 м. Отбойка руды производится вертикальными скважинами на компенсационное пространство. Производительность блока почти не зависит от расположения ком­ пенсационных камер. Как показывают исследования, она зависит в основном от производительности скреперования, а последняя — от кусковатости руды и расстояния доставки.

Г. М. Малахов и другие авторы отмечают, что интенсивность выпуска руды зависит от производительности доставки [2]. Следо­ вательно, она не зависит от соотношения камерных запасов блока к целиковым и расположения компенсационных камер.

На Адрасманском свинцово-цинковом комбинате при этажном принудительном обрушении руда выпускается на почву главного откаточного горизонта. Руда в откаточные сосуды грузится погру­ зочными машинами ПМЛ-5 в заездах, пройденных через 6—8 м на 4—5 м от откаточного штрека. Производительность блока выше в 4—5 раз, чем при скреперной доставке.

Вместе с тем на темпы роста производительности систем раз­ работки большое влияние оказывала скорость бурения скважин.

Основными бурильными машинами при проходке горизонталь­ ных горных выработок были перфораторы ПА-23; с 1970 г. начали применять перфораторы ПР-22 и ПР-19, производительность кото­ рых выше на 15—20% по сравнению с перфораторами ПА-23. Бу­ ровые станки пневмоудариого бурения БА-100, ПСП-3 заменены полуавтоматами НКР-100, скорость бурения которых выше на 20—25%- Внедрение станков шарошечного (СБ-4, а затем БШ-145) и пневмоудариого (ЛСП-3) бурения позволило увели-

9