Сплошная слоевая выемка снизу вверх

На рис. 10.2 приведен типичный пример разработки пологопадающей мощной рудной залежи системой горизонтальных слоев с выемкой по восстанию. Подготовку рудного тела или его участка выполняют с учетом условий его залегания, мощности и эффективного использования самоходного оборудования.

Рассмотрим практику освоения этой геотехнологии на примере рудников Норильского региона. Талнахский рудный узел включает Октябрьское месторождение, расположенное западнее Норильско-Хараелакского разлома, и Талнахское, охватывающее зону грабена этого разлома и его восточное крыло. Для месторождений характерно большое количество тектонических разрывов различного порядка и ярко выраженное блоковое строение района.

Рис. 10.2. Система разработки горизонтальными слоями с закладкой выработанного пространства. 1 – транспортный штрек; 2 – орт заезд; 3 – закладочный восстающий; 4 – наклонно-петлевой съезд.

Сульфидное оруденение пространственно и генетически связано с крупной дифференцированной интрузией габбро-долеритов и представлено тремя основными типами руд:

· сплошными (весьма ценными);

· вкрапленными и прожилково-вкрапленными;

· медистыми.

Прочностные и деформационные свойства руд и пород, слагающие месторождения приведены в таблице 10.1.

При проходке подготовительно-нарезных выработок геологической службой рудника на обнажениях руд и пород измеряются элементы залегания всех видимых природных и техногенных трещин, степень их раскрытия, определяются их размеры, неровности стенок и наличие «зеркал» скольжения. Устанавливается наличие ослабляющих минералов. Обработка этих данных показывает степень нарушенности массива (табл. 10.2). Эта характеристика является основой для выбора системы разработки.

Институтами ИПКОН РАН, ОАО «Гипроникель», ОАО «ВНИМИ» в содружестве с инженерами предприятия была обоснована выемка, в первую очередь, сплошных наиболее богатых руд. Сплошные руды образуют ряд пологопадающих и пластообразных залежей мощностью преимущественно 20–40 м. Они локализованы, в основном, по нижнему контакту интрузии на глубинах от 500 до 2000 м. Руды и вмещающие породы крепкие – от средней устойчивости до сильно нарушенных весьма неустойчивых.

Таблица 10.1

Механические свойства руд и пород Талнахского рудного узла

Для извлечения богатых руд были разработаны варианты систем со сплошной выемкой и твердеющей закладкой. Среди них основное место для руд слабой, средней и частично сильной нарушенности принадлежало сплошной слоевой выемке снизу вверх.

Основным отличительным признаком сплошных слоевых систем разработки является ведение очистных работ сплошным фронтом без оставления в выработанном пространстве жестких целиков. Рудная залежь разделяется на панели, и отработка ее ведется расходящимися фронтами от центра к флангам (рис. 10.3).

в б	Рис. 10.3. Принципиальная схема сплошной выемки пологой залежи с закладкой: а) для всего фронта очистных работ; б) при объединении панелей в группы; в) допустимая в определенных случаях. 1 – панели; 2 – выемочные ленты.

Таблица 10.2 Классификация руд и пород по нарушенности Талнахско-Октябрьского месторождения

В панелях выделяются вертикальные ленты, которые отрабатываются слоями в восходящем порядке (рис. 10.4).

Рис. 10.4. Выемка горизонтальными слоями снизу вверх.

1 – фланговый уклон; 2 – слоевые заезды; 3 – слой; 4 – панельный целик; 5 – рудоспуск; 6 – вентиляционно-закладочный горизонт; 7 – закладочная скважина; 8 – закладка; 9 – откаточный квершлаг; 10 – вентиляционный восстающий.

Подготовительно-нарезные работы заключаются в проходке фланговых уклонов, транспортных штреков, рудоспусков, вентиляционных восстающих, выработок вентиляционно-закладочного горизонта, разрезных и слоевых штреков.

Подготовка диагональными уклонами обычно осуществляется при мощности рудной залежи 20 и более метров и углом падения 15 и более градусов (рис. 10.5).

Рис. 10.5. Схема подготовки панелей фланговыми уклонами. 1 – фланговый уклон; 2 – слоевые орты; 3 – слои; 4 – рудоспуски; 5 – вентиляционные восстающие; 6 – откаточный горизонт.

При пологом залегании пластообразной залежи подготовку осуществляют транспортными штреками (рис. 10.6). При этой схеме подготовки очистная выемка ленты слоями осуществляется в три стадии: отработка нижнего (подсечного), основных и подкровельного слоев. В нижнем слое проходится разрезной штрек с последующим расширением и поднятием кровли до проектных размеров. Ширину и высоту слоя принимают в зависимости от нарушенности руд и возможностей оборки заколов в кровле. В различных горно-геологических условиях ширина слоя составляет от 6 до 10 м, высота – от 5 до 10 м.

Отработка слоя производится последовательным или совмещенным выполнением следующих процессов: бурение, заряжание и взрывание шпуров (скважин), осмотр и оборка кровли и боковых стенок, погрузка и доставка руды в рудоспуск, подготовка слоя к закладке (зачистка почвы, возведение перемычек), закладка выработанного пространства.

Отбойка руды в слое производится шпурами диаметром 42–48 мм или скважинами диаметром 51–76 мм. Для бурения шпуров используют самоходные буровые установки (СБУ) типа Boomer 353H, скважин – Simba 254H фирмы Atlas Copco. Сменная производительность СБУ, соответственно, составляет 350–380 и 140–170 м.

Рис. 10.6. Схема подготовки транспортным штреком.

1 – транспортные штреки; 2 – слоевые заезды; 3 – разрезные штреки; 4 – слои; 5 – закладочный массив; 6 – вентиляционные восстающие; 7 - рудоспуски; 8 – выработки вентиляционно-закладочного горизонта; 9 – выработки откаточного горизонта.

Для доставки и механизированной зарядки гранулированных ВВ используется дизельная машина Charmec фирмы Normet (Финляндия) с подъемной телескопической стрелой, обеспечивающей подход к любой точке заряжаемого забоя. Отбитую рудную массу отгружают и доставляют к рудоспуску ковшовыми погрузочно-доставочными машинами (ПДМ) типа «Toro-1400» фирмы «Tamrok» (Финляндия). При грузоподъемности ковша ПДМ 14 т сменная производительность ее составляет при расстоянии доставки 100 м – 540–580 т и 200 м – 400–450 т.

По завершению погрузки руды и зачистки почвы слоя производятся закладочные работы. Закладочная твердеющая смесь подается в выработанное пространство с вентиляционно-закладочного горизонта по скважинам диаметром 165–300 мм. Нормативная ее прочность определяется из следующих условий:

· устойчивости вертикальных обнажений искусственного массива;

· возможности передвижения тяжелой самоходной техники спустя 2–3 дня после укладки твердеющей смеси.

В больших объемах слоевая отработка снизу вверх, особенно на зарубежных рудниках, применяется на крутопадающих месторождениях. В современных условиях при выемке рудных тел средней мощности и весьма мощных получил распространение вариант подготовки залежи наклонными съездами, благодаря чему обеспечивается большая мобильность самоходной техники. Характерный пример такой подготовки из практики работы рудника «Кобар» (Австралия) показан на рис. 10.7.

Рис. 10.7. Система разработки восходящими горизонтальными слоями с закладкой и применением СО. 1 – наклонная выработка для перемещения СО; 2 – сбойка; 3 – заезд к рудоспуску; 4 – рудоспуск; 5 – восстающие шпуры; 6 – бурильная установка; 7 – квершлаг; 8 – закладочный массив; 9 – ПДМ; 10 – отбитая руда.

На руднике отрабатывают полиметаллические залежи с углом падения 70–80⁰, мощностью от 4 до 21 м и длиною по простиранию до 360 м. Подготовка рудного тела осуществляется наклонной выработкой, пройденной в лежачем боку на расстоянии 15 м от контакта оруденения. На уровне каждого слоя пройдены орты. Отработка слоев ведется одним блоком на всю длину рудного тела. Все основные и вспомогательные процессы выполняются с использованием СО. Благодаря этому производительность забойного рабочего составляет 50–60 т/чел.-см.

На руднике «Кристинеберг» (Швеция) разрабатывается крутопадающая полиметаллическая залежь мощностью 5–6 и в раздувах до 12 м. Руды и вмещающие породы крепкие, средней устойчивости до неустойчивых в развитых системах тектонических нарушений. Месторождение отнесено к потенциально удароопасным.

Вскрытие его осуществлено вертикальными стволами и наклонным съездом до глубины 1000 м. Очистные работы достигли глубины 800 м. Этажи высотою 90 м разделяются транспортными полевыми штреками, по которым осуществляется доставка руды к главному стволу и вентиляция горных выработок. Подготовительно-нарезные работы включают проходку восстающих, рудоспусков и заездов на слои.

Выемка ведется проходческими забоями сечением 5× 5 м с последующим расширением в местах раздувов (рис. 10.8). Для крепления пород висячего и лежачего боков устанавливают железобетонные анкеры глубиной до 2, 2 м. Поддержание рудного массива осуществляется канатными анкерами глубиною до 15 м.

Рис. 10.8. Технологическая схема отработки залежи (вертикальный разрез). 1 – руда; 2 – проходческий забой; 3 – закладка; 4 – недозаклад; 5 – железобетонные анкеры; 6 – канатные анкеры.

Все процессы очистной выемки выполняются высокомеханизированными комплексами: бурение шпуров глубиною до 4 м осуществляется каретками типа Boomer, доставка руды – ПДМ типа Toro-400, установка крепления – дистанционно-управляемыми анкеровщиками.

Закладка выработанного пространства осуществляется хвостами обогащения с добавками цемента до 50 кг/м³. Для вентиляции забоев между рудным массивом и закладкой оставляется зазор высотою 30–40 см.

Рассмотренный вариант характеризуется высокой производительностью труда забойного рабочего (60–80 т/смену), высокой концентраций горных работ, малым расходом подготовительно-нарезных выработок (1, 5–2 м/1000 т), низким уровнем потерь (2–4%) и разубоживания руды (7–10%).

На ряде крутопадающих месторождений с большой протяженностью выемочных участков, особенно в первоначальный период освоения, самоходную горную технику поднимали в блок по специально оборудованному восстающему. Такой пример показан на рис. 10.9 из практики рудника «Томпсон» (Канада).

Рис. 10.9. Система разработки горизонтальными слоями с закладкой и применением

СО на руднике «Томпсон».

1 – полевой откаточный штрек; 2 – вентиляционно-ходовой восстающий; 3 – рудоспуск; 4 – ходок; 5 – закладочный восстающий; 6 – восстающий для доставки самоходных машин; 7 – сбойка; 8 – отбитая руда; 9 – анкеры; 10 – восстающие шпуры; 11 – закладочный массив; 12 – междуэтажный целик.

Рудная зона месторождения простирается на 5 км. Угол падения в среднем – 55⁰. Мощность изменяется от первых метров до 46 м. Горные работы достигли глубины 1350 м.

Очистная выемка ведется слоями высотой 3 м по простиранию рудного тела мощностью до 9 м. При большой мощности отработка ведется вкрест простирания залежи. По мере выемки слоев в закладочном массиве формируются рудоспуски и восстающий для доставки СО в блок или спуска его при необходимости на откаточный штрек. Крепление рудоспусков, формируемых в закладке, осуществляется стальными сегментами диаметром 1, 42 м, восстающего для доставки СО – срубами.

Для непрерывности добычи руды выработанное пространство слоя заполняют закладочным материалом по частям. Отделение закладки от места работы СО производят возведением заградительных дамб из руды или сухой породы. Закладка ведется песчаной смесью с содержанием цемента в нижней части 1: 30 и верхней 1: 15. Для отдачи воды в закладочном массиве укладывают дренажные пластмассовые трубы.