14.8. Система разработки с самообрушением руды и налегающих пород

Основной выемочной единицей при применении системы с самообрушением является блок или секция. Обрушение массив руды осуществляют, без принудительного взрывания, путём создания подсечки в массиве – горизонтального обнажения необходимых размеров. Выпуск отбитой руды ведут через выработки в основании блока. Вмещающие породы обрушаются вслед за рудой и заполняют выработанное пространство, поэтому выпуск руды ведут под обрушенными породами. Выпуск заканчивают, когда вместе с рудой начинает поступать слишком много пустой породы – т.е. при предельном разубоживании.

Условия применения системы следующие: наличие возможности обрушения поверхности и налегающей толщи; залежи мощные, в основном крутые (возможно наклонное и пологое залегание); руды неслеживающиеся, несамовозгорающиеся; изменения содержания полезных компонентов в руде небольшие, так как раздельную выемку по сортам вести нельзя; ценность руд средняя из-за сравнительно больших потерь и разубоживания. Руда и порода должна быть слабой или иметь густую сеть трещин и слабых прослойков, чтобы при подсечке она обрушалась сама, распадалась при этом на не очень крупные куски и дополнительно измельчалась, опускаясь в обрушенном пространстве к выпускным отверстиям. При недостаточно крутом падении (45-75°) для снижения потерь отбитой руды на лежачем боку требуется  подрабатывать породный треугольник в нижней части блока или подготавливать промежуточные горизонты выпуска.

Основные варианты системы: с торцевым выпуском руды и с донным выпуском руды (рис. 14.7.).
В системах с самообрушением можно выделить четыре этапа:
• образование отрезной щели и начало формирования подсечки;
• инициация самообрушения;
• развитие процесса самообрушения;
• самообрушение достигает поверхности.

Подготовка в принципе не отличается от таковой в случаях принудительного обрушения и заключается в проведении откаточных штреков и погрузочных ортов. Помимо выработок откаточного горизонта, проходят выработки для выпуска, вторичного дробления и доставки руды. Система с самообрушением характеризуется наличием горизонта подсечки. На горизонте подсечки под рудным массивом проводят сеть выработок, вследствие чего рудный массив лишается опоры. Под действием собственного веса и давления налегающих пород рудный массив начинает растрескиваться  и затем обрушаться. При необходимости связь блока с окружающим массивом ослабляют по его границам отсечными выработками (штреками и ортами по границам блока на подэтажах и восстающими по углам блока), которые ускоряют обрушение руды, так как способствуют разрушению замков свода естественного равновесия и ограничивают обрушение руды контурами блоков.

Отрезные выработки располагают по следующей схеме: по двум, трем или четырем углам блока с интервалом 8-12м проходят смотровые восстающие для наблюдения за ходом обрушения, из которых нарезают на уровне ярусов ослабления смотровые ходки до углов блока. В углах блока проходят отрезные восстающие, а из них – подэтажные отрезные выработки по его периметру. При крепких породах лежачего бока образуют вдоль него сплошную отрезную щель, её создают  отбойкой  руды глубокими вертикальными скважинами или  шпуровой отбойкой из магазина.

В лежачем боку проводятся ходовые восстающие для связи между этажами и подачи воздуха. В висячем боку вентиляционные восстающие необходимы для отвода загрязненного воздуха на вентиляционный горизонт.
Для выработок вторичного дробления, доставки необходимо  усиленное крепление. Обычно применяют крепь металлическую, бетонную или с бетонными стойками и металлическим перекрытием.

Порядок отработки блоков может быть различным. Единственное ограничение состоит в том, что нельзя обрушать одновременно два соседних блока, поскольку при этом  образуется блок с неприемлемо большим поперечным размером, что может привести к массовому обрушению крупных глыб и к увеличенному горному давлению на днище блока. Другое ограничение определяется тем, что если обрушенный блок граничит с отработанным, в котором породы еще не уплотнились, то эти породы обладают значительной податливостью и не создают защитной зоны от горного давления на днище блока. Это ограничение имеет значение при слабой руде и значительной глубине залегания, особенно в залежах пологих или очень мощных, в которых большинство блоков в стадии разработки граничит с обрушением с двух сторон. В этих случаях не следует обрушать блоки подряд, без разрыва процесса во времени.

При подсечке блока отбивают руду шпурами или реже штанговыми скважинами.
Подсечка является одним из основных конструктивных узлов при применении систем с самообрушением. Трудности в ходе формирования подсечки при применении технологий с самообрушением приводили к повреждению горизонта выпуска, потерям руды и повреждениям крепи доставочных выработок.

Основной целью подсечки является создание достаточной площади горизонтального обнажения в рудном массиве для инициации процесса естественного обрушения кровли и развития дальнейшего процесса обрушения. Естественно, при создании подсечки необходимой площади образуются области высоких напряжений на ее границах, поэтому при выборе параметров подсечки необходимо исходить из позиций минимизации разрушающих воздействий на горизонты выпуска и доставки.

Подсечки можно классифицировать по двум признакам:
• по времени формирования;
• по форме.

В свою очередь по времени формирования можно выделить три класса подсечек: до создания выпускных выработок; после формирования выпускных выработок; поэтапная подсечка.

Подсечки до создания выпускных выработок.

Основная идея заключается в формировании подсечки до достижения  величины гидравлического радиуса, а затем осуществляют проходку выпускных выработок в условиях разгрузки основания блока.
Основным преимуществом варианта является низкое давление на выпускные выработки.

К недостаткам можно отнести проблему согласования работ между продвижением фронта подсечки и созданием выпускных выработок, увеличение разницы во времени между подсечкой и выпуском, низкая производительность на начальных стадиях работы, возможное увеличение давления из-за разрыхления рудной массы в ограниченном объеме, что соответственно приводит к дополнительным трудностям при создании выпускных выработок. Возможны также сложности в начальных стадиях выпуска из-за большого выхода негабаритов вследствие переуплотнения руды.

Таким образом, предварительная подсечка на глубоких горизонтах не рекомендуется или возможна лишь в редких случаях.

Подсечка после формирования выпускных выработок.

В данном варианте первоначально полностью формируется горизонт доставки, а затем производится подсечка массива с одновременным образованием выпускных выработок – воронок, траншей.

Основным достоинством варианта является более быстрое вовлечение запасов в отработку.
К недостаткам относится высокая вероятность повреждения выработок из-за концентрации напряжений в основании блока. Опыт применения данного вида подсечки на рудниках ЮАР показал, что давление на доставочные выработки при этом в 3-4 раза выше, чем при применении первого варианта.

Поэтому при применении систем с самообрушением на глубинах более 500м, данный вариант нецелесообразно применять при устойчивых рудах и при выпуске более 50% запасов этажа.

Поэтапная подсечка.

Подсечка производится после проходки ограниченного числа доставочных выработок. Затем развивается фронт подсечки,  а выпускные выработки формируются на определенном расстоянии от него (в зоне разгрузки массива).
Поскольку данный вариант является сочетанием первых двух, достоинства и недостатки его аналогичны вышеупомянутым.
По форме подсечки можно так же разделить на три класса: веерная, плоская и зубчатая.

Наиболее часто в мировой практике используется подсечка веерными скважинами. Подсечку можно формировать как в варианте с отдельным горизонтом подсечки, так и без образования отдельного горизонта путем пересечения воронок. Высота  подсечки может быть увеличена для обеспечения приемлемой производительности на ранних этапах разработки. Такой способ достаточно легко адаптировать после применения системы подэтажного обрушения на вышележащих горизонтах. На руднике Хендерсон выпускные воронки в основании блока и горизонт подсечки создаются одновременно, горизонтальными и веерными  скважинами (Рис. 14.8).

Плоская узкая подсечка используется, как правило,  на глубоких горизонтах, для более быстрого темпа ее формирования (из-за меньших объемов бурения и уборки породы), меньших потерь шпуров (скважин) после взрывов из-за меньшего количества ВВ, снижения негативного разрушающего воздействия на горизонты выпуска и доставки (рис. 14.9.). Тем не менее, плоская подсечка имеет ряд недостатков, ограничивающих ее применение: неполное разрушение массива, образование целиков, трудности в уборке взорванной рудной массы. Эта форма применялась на рудниках много лет назад. В настоящее время ее применяют очень редко из-за простоты и достоинств первого вида подсечки.

Узкая зубчатая подсечка появилась как альтернатива предыдущим вариантам. Руду легче убирать из наклонной части подсечки, поэтому для ее беспрепятственного перемещения угол должен составлять не менее 55°. Проблемы с уборкой в горизонтальной части подсечки аналогичны проблемам второго варианта.

В местах сопряжений наклонной и горизонтальной частей подсечки создается концентрация напряжений, что с одной стороны способствует лучшему разрушению массива, с другой – приводит к концентрации напряжений, поэтому данный вариант подсечки редко используется на глубоких горизонтах. Различные варианты зубчатых подсечек нашли широкое распространение на рудниках компании «Де Бирс» (рис.14.10.).

После подсечки блоков начинается процесс самообрушения массива. Очистные работы при этом заключаются в выпуске, вторичном дроблении и доставке руды. Иногда добавляются работы по ускорению обрушения руды взрыванием зарядов на подэтажах, особенно по углам блока. В период обрушения блока часто приходится перекреплять выработки вторичного дробления.
Самообрушением руды управляют посредством определенного порядка и определенной интенсивности выпуска. Под рудным массивом за счет выпуска образуется свободное пространство для самообрушения руды, но оно должно быть небольшой высоты, до 5 м во избежание вывалов крупных глыб и возникновения воздушных ударов. За ходом обрушения и образовавшимся пространством наблюдают через контрольные ходки из смотровых восстающих.

В первый период после подсечки в связи с перераспределением напряжений в блоке массив деформируется, расчленяется микротрещинами, происходит так называемый процесс созревания блока. В этот период (до 2 – 3 месяцев) выпуск должен вестись с пониженной интенсивностью во избежание образования больших пустот, так как при малом слое обрушенной на воронки руды воздушные волны наиболее опасны, а крупные глыбы, если они обрушатся, такими и придут к выпускным отверстиям.
При неравномерной крепости и устойчивости руды отдельные подэтажи могут быть разбурены  и обрушены принудительно. В этом случае получается комбинация естественного и принудительного обрушения.

По окончании обрушения руды приступают к общему выпуску. Контакт руды и обрушенных пород стремятся держать  горизонтальным  или с небольшим наклоном (10 – 20°) к лежачему боку. Работы ведут по планограмме в соответствии с общими требованиями к выпуску руды под налегающими обрушенными породами.

В процессе опускания обрушенной руды к воронкам основания блока идет взаимное раздавливание кусков руды, измельчение крупных негабаритных кусков. Поэтому для практического использования этого эффекта на руднике Хендерсон на новом горизонте высота блока вместо обычных 122м (что обеспечивает 130 тыс. т. запасов, готовых к выемке одной воронкой), закладывается вдвое большей, размером 244м (рис.14.11.). При этом запасы руды, выпускаемые через одну воронку, будут составлять 383 тыс.т.

Системы разработки с самообрушением характеризуются низкими затратами на добычу и высокой производительностью. Производственная мощность рудника ограничивается лишь интенсивностью выпуска, производительностью и количеством применяемого оборудования.

© Кузьмин Е.В., Хайрутдинов М.М., Зенько Д.К.
"Основы горного дела"

 

Запрещается любое копирование и распространение информации без письменного согласия авторов учебника "Основы горного дела" 

ЭКСКЛЮЗИВНЫМ ПРАВО НА ПУБЛИКАЦИЮ ОБЛАДАЕТ "ГОРНОПРОМЫШЛЕННЫЙ ПОРТАЛ РОССИИ"