Исследование и разработка технологии камерной выемки с увеличенными геометрическими параметрами блоков

снабжения (с использованием шахтных вод), и вентиляции с очисткой воздуха в шахте и выдаче токсичных продуктов в концентрированном (твердом или жидком) виде.

Традиционной задачей науки является обеспечение промышленной безопасности и охраны труда на основе создания систем управления безопасностью на предприятиях. Относительно новым аспектом в этом плане является оценка рисков различных типов аварий и катастроф и учет (в том числе экономический) величины этих рисков как на стадии проектных работ, так и в стратегическом и оперативном планировании горных работ.

Таким образом, насущные задачи подземной геотехнологии весьма многообразны, а ус-

пешное решение их, по нашему мнению, возможно только в результате тесного сочетания теоретических научных исследований и анализа фактических результатов и динамических показателей работы конкретных горнорудных предприятий. Учитывая особенность горного производства, а именно уникальность каждого горнодобывающего предприятия, решение любой научной задачи целесообразно на первом этапе проводить для условий разработки конкретного месторождения, расширяя и обобщая затем полученные методические наработки и научные выводы на основе практики более широкой группы предприятий и выходя затем на обобщенные научные результаты.

— Коротко об авторах ----------------------------------------------------------------

Смирнов Алексей Алексеевич - кандидат технических наук, ст. научный сотрудник, Институт горного дела УрО РАН, г Екатеринбург.

-------------------------------------------- © Ю.Г. Антипин, 2004

УДК 622.272 Ю.Г. Антипин

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КАМЕРНОЙ ВЫЕМКИ С УВЕЛИЧЕННЫМИ ГЕОМЕТРИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ БЛОКОВ

Семинар № 13

Гайское медноколчеданное месторождение представлено рудными залежами, имеющими сложную линзообразную форму. Мощность рудных тел 40-50 м и более, угол падения залежей изменяется от 30 до 90°.

Гайский подземный рудник для отработки месторождения применяет технологию камерной выемки с последующей твердеющей закладкой. С целью повышения эффективности и безопасности технологии камерной выемки с твердеющей закладкой был поставлен вопрос о возможности увеличения ширины камеры до

30 ми высоты до 180 м при отработке некоторых рудных тел.

Институтом «Унипромедь» были проведены научно-исследовательские работы и геоме-ханическое обоснование, на основании которых был сделан вывод о возможности отработки камер высотой до 180 ми шириной 30 м. Следовательно, появилась необходимость разработки и обоснования технологических решений по подготовке, нарезке и отработке рудных тел камерами с увеличенными параметрами.

Этажно-камерная система разработки с твердеющей закладкой, применяемая на Гайском

руднике, предусматривает веерное расположение скважин и использование на выпуске и доставке самоходного оборудования.

Проведенный анализ данных 60 камер показал: расчетный расход ВВ на первичную отбойку составляет 1,47 кг/м3, а фактически не превышает 1,17 (79,6% от расчетного), что приводит к ухудшению качества дробления. Потеря скважин на руднике достигает 20 % для скважин 0 105 мм и 30 % для скважин 0 65 мм. Выход негабарита составил 12-15 % для первичных камер, а для вторичных - до 20 %.

Таким образом, существующий способ отбойки не обеспечивает равномерного распределения ВВ и размещения расчетного количества его в отбиваемом массиве, а значит, и добиться качественного дробления. Поэтому необходима такая технология отбойки, которая гарантированно обеспечивала бы равномерность распределения и размещения требуемого количества взрывчатого вещества в массиве не менее 1,5 кг/м3. Выполнение этого условия обеспечивается отбойкой руды скважинами диаметром 150-200 мм.

Анализ практики применения технологии камерной выемки с увеличенными геометрическими параметрами и влияния их на техникоэкономические показатели отработки блоков позволил выявить следующие положительные и отрицательные факторы.

Положительные факторы:

- значительное сокращение объема горнопроходческих работ, что ускоряет ввод в эксплуатацию новых запасов месторождения и снижает затраты на горнопроходческие и подготовительно-нарезные работы;

- повышение концентрации очистных работ, в результате чего появляется необходимость в значительном увеличении интенсивности отработки блоков и возможность более эффективно использовать мощное высокопроизводительное самоходное буровое, погрузочно-доставочное оборудование и вибротехнику;

- снижение потерь и разубоживания руды;

- увеличение устойчивости рудных и искусственных целиков, что повышает безопасность ведения горных работ;

- снижение расхода твердеющей закладки с повышенным содержанием цемента.

Отрицательные факторы:

- снижается вероятность равномерного распределения ВВ в отбиваемом рудном массиве, что ухудшает качество дробления руды;

- значительно возрастает объем отбиваемой и выпускаемой руды из выработанного пространства и усиливается отрицательное влияние последнего на устойчивость подготовительно-нарезных выработок и в особенности на выработки днища блока, а это повышает вероятность преждевременного износа и нарушения устойчивости их;

- существенно увеличиваются размеры обнажения висячего бока вмещающих пород и кровли искусственного массива, что ведет к снижению их устойчивости.

Отрицательные факторы снижают эффективность и сдерживают применение перспективной технологии камерной выемки с увеличенными геометрическими параметрами. В этих условиях необходимо применение наиболее надежных способов очистной выемки руды.

Поэтому, чтобы повысить эффективность и расширить область применения технологии камерной выемки с твердеющей закладкой необходимы новые и надежные технологические схемы очистной выемки, которые позволят устранить или уменьшить отрицательное и усилить положительное влияние факторов на технико-экономичес-кие показатели отработки блоков мощных медноколчеданных месторождений Урала.

Важное значение имеют факторы, влияющие на качество дробления руды. От эффективности буровзрывных работ зависят техникоэкономические показатели работы предприятия.

Применение дорогого высокопроизводительного самоходного погрузочно-доста-вочного, транспортного оборудования и вибротехники требует особого внимания к качеству отбойки, так как максимальная производительность на выпуске, погрузке и доставке отбойной руды может быть обеспечена при минимальном выходе негабарита.

От способа отбойки во многом зависят устойчивость днищ и закладочного массива, конструктивные параметры системы разработки (количество и высота подэтажа, объем ПНР и т.д.) и в целом определяет технологию очистной выемки и ее эффективность.

Зарубежный и отечественный опыт эффективного применения технологии камерной выемки предусматривает следующие схемы отбойки:

1. На отечественных и зарубежных рудниках наиболее широкое применение получили

схемы отбойки с веерным расположением скважин.

При бурении вееров скважин происходит искривление их и в результате образуется зона нерегулируемого дробления, что приводит к некачественному дроблению руды и повышению выхода негабарита.

В условиях увеличенных геометрических параметров камеры применение схемы отбойки с веерным расположением скважин не обеспечивает качества дробления.

Перспективным направлением улучшения качества дробления руды является применение технологии встречной отбойки вееров скважин. При расстоянии между встречными очистными забоями до 10 м выход негабарита составлял 45 %. Однако, при расстоянии равном свыше 15 м резко возрастает выход негабарита. Следовательно, действие эффекта встречного взрывания является ограниченным, а значит, малоэффективным.

Другим направлением повышения качества дробления руды является применение различных способов, позволяющих уменьшить влияние зоны нерегулируемого дробления на выход негабарита. Сущность способов состоит в том, что с помощью специальных методов расширения образуют в зоне нерегулируемого дробления различные по форме зарядные полости. Способы являются весьма трудоемкими и трудноосуществимыми.

2. Схема отбойки пучками параллельно-сближенных скважин широко применяется на рудниках Молибден, Кафанский, Горной Шо-рии, Кривбасса и ряде других.

Применение отбойки пучками скважин на указанных рудниках позволило:

- уменьшить выход негабарита;

- увеличить выход руды с 1 м скважины и уменьшить объем бурения скважин;

- увеличить высоту буровых подэтажей и за счет этого уменьшить объем подготовительно-нарезных работ;

- увеличить вероятность расположения пучка скважин в заданном направлении;

- дублировать заряды в пучке и в результате повысить надежность отбойки;

- регулировать диаметр и форму заряда от 100 до 600 мм;

- увеличить надежность отбойки и управлять качеством дробления руды за счет увеличения или уменьшения числа скважин в пучке.

На основании изложенного можно сделать вывод о целесообразности замены скважин

большого диаметра пучками параллельно-сближенных скважин.

Применение схемы отбойки пучками скважин на вышеперечисленных рудниках предусматривает проведение близко расположенных между собой буровых выработок или заходок. Расстояние между ними изменяется от 2 до 6 м.

Схемы отбойки пучками скважин имеют следующие недостатки:

- требуются большие затраты на поддержание буровых выработок и целиков в устойчивом состоянии;

- низкая безопасность ведения буровзрывных работ;

- сейсмическое воздействие взрыва мощных зарядов пучков скважин и наличие неустойчивых сильно трещиноватых руд усиливает недостатки существующих схем отбойки пучками скважин.

3. На зарубежных рудниках широкое применение получили схемы отбойки параллельными скважинами большого диаметра.

Применение параллельных скважин (взамен веерных) большого диаметра (150-200 мм) на зарубежных рудниках позволило:

- улучшить качество дробления руды за счет равномерного размещения ВВ в массиве;

- перейти с подэтажной отбойки к этажной и уменьшить объем подготовительно-нарезных работ;

- снизить объем бурения взрывных скважин и увеличить выемку руды с 1 м скважины (по сравнению с веерным расположением).

В зарубежной и отечественной практике применения параллельных скважин большого диаметра, известны следующие схемы отбойки:

- с оставлением целика между буровыми выработками шириной 3-5 м;

- со сплошной подсечкой камеры;

- с частичной по мере продвигания очистного забоя подсечки.

Применяемые схемы отбойки руды на зарубежных рудниках имеют следующие недостатки:

- низкая безопасность ведения работ на буровом горизонте;

- требуются большие затраты на поддержание выработок бурового горизонта в устойчивом состоянии;

- для сохранения размеров целика между буровыми выработками взрывные скважины бурят слабонаклонными, что снижает качество

дробления и сдерживает увеличение высоты подэтажа.

4. Технология отбойки методом «VCR» получила широкое распространение на рудниках США и Канады.

Отбойка ведется горизонтальными секциями в направлении снизу вверх толщиной 3-5 м сферическими зарядами на нижнюю подсечку.

Применение этого способа отбойки на зарубежных рудниках обеспечивает:

- значительное снижение сейсмического воздействия взрывов на целики и выработки выпуска;

- снижение разубоживания руды;

- значительное улучшение качества дробления;

- высокий выход руды с 1 м скважины.

Подготовка бурового горизонта к обурива-

нию запасов блока оформляется по следующим схемам:

- путем проходки центрального бурового орта и заходок;

- проведение сплошной подсечки;

- путем проведения из буро-подсечной выработки последовательно в отступающем порядке коротких заходок.

- проведение ряда параллельных буровых выработок с оставлением между ними целиков шириной 3-5 м.

Вышеуказанным схемам подготовки бурового горизонта свойственны те же недостатки, что и схемам отбойки параллельными скважинами вертикальными слоями. Кроме указанных недостатков, эта схема отбойки имеет ряд других серьезных недостатков:

- перед заряжанием производят замер глубины каждой скважины и определяют положение поверхности очистного забоя и устанавливают пробки в конце скважин. Операция является трудоемкой и ответственной;

- процесс заряжания скважин сопряжен с большой опасностью - угрозой преждевременного взрыва вследствие возможных вывалов и отслоений из кровли камеры;

- возможные вывалы и отслоения из кровли камеры нарушают горизонтальность очистного забоя и увеличивают вероятность выпадения зарядов ВВ из скважин, что в дальнейшем повлияет на качество дробления;

- наличие обнаженной поверхности очистного забоя ограничивает активные запасы камеры.

На основании проведенного анализа отечественного и зарубежного опыта применения раз-

личных схем скважинной отбойки руды выявлены основные их недостатки.

Устранение основных недостатков известных схем отбойки позволит повысить эффективность технологии камерной выемки с увеличенными геометрическими параметрами камеры в условиях Гайского подземного рудника и расширить рациональную область применения известных схем отбойки.

С учетом выявленных недостатков известных схем отбойки и условий применения на Гайском подземном руднике разработаны варианты схем отбойки для технологии камерной выемки с увеличенными геометрическими параметрами.

Сущность и особенности разработанных вариантов схем отбойки для технологии камерной выемки с увеличенными геометрическими параметрами заключаются в следующем:

1. Запасы руды в камере отбивают одновременно веерами и пучками параллельно-сближенных скважин. Для обеспечения надежности дробления руды, в зоне нерегулярного дробления, мощные заряды ВВ пучков скважин располагают в периферийной части веера. Для рационального использования энергии взрыва пучков скважин и снижения воздействия последних на массив целиков скважины в пучке располагают по дуге выпуклостью в сторону зоны нерегулируемого дробления, концентрируя таким образом энергию взрыва пучков в нужном направлении (А.С. №4750651).

2. Камерные запасы отбивают веерами скважин. Здесь для снижения выхода негабарита используют эффект встречного взрывания. Для равномерного обуривания камерных запасов веерами скважин половину отбиваемого слоя нижнего подэтажа обуривают нисходящим веером, а другую половину обуривают восходящим веером. Сначала отбойку руды осуществляют встречным взрыванием с обычным расположением вееров. Затем, при достижении расстояния между встречными очистными забоями 15 метров, отбойку остальных запасов камеры осуществляют веерами с диагональным расположением. Это позволяет отбивать все запасы камеры с использованием эффекта встречного взрывания.

3. Камерные запасы отбивают вертикальными параллельными скважинами большого диаметра (150-200 мм) или пучками параллельно сближенных скважин (0 105 мм). С целью повышения безопасности работ и снижения затрат на

поддержание буровых выработок за счет обеспечения наибольшей устойчивости буровых выработок и целиков между

ними буровые выработки располагают на разных уровнях по высоте с чередованием уровней проходки выработок через один ряд скважин (А.С. №1666710).

4. Камерные запасы руды обуривают нисходящими параллельными скважинами большого диаметра. Отбойку камерных запа-

сов производят горизонтальными секциями в направлении снизу вверх сосредоточенными зарядами ВВ. С целью повышения безопасности работ, снижения затрат на поддержание выработок бурового горизонта, повышения качества дробления и увеличения производительности труда отбойку руды ведут на зажатую среду, образованную замагазини-ванной рудой (А.С. №1543082).

— Коротко об авторах

Антипин Ю.Г. - ИГД УрО РАН.

----------------------------------------- © В.Н. Власов, В.И. Клишин,

2004

УДК 622.272

В.Н. Власов, В.И. Клишин

СПОСОБЫ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ С ОБРУШЕНИЕМ И ОДНОВРЕМЕННЫМ ДОЗИРОВАННЫМ ВЫБРОВЫПУСКОМ РУДЫ ПОД ПОКРЫВАЮЩИМИ ПОРОДАМИ

Семинар № 13

Для разработки мощных рудных месторождений подземным способом с минимальной себестоимостью добычи используют системы подэтажного и этажного обрушения с выпуском руды под покрывающими породами. Самой производительной системой по данным мировой практики является система подэтажного обрушения с торцовым выпуском руды -шведский вариант. За 80-летний срок ее применения (предложена в 1920 г.) разработана высоконадежная техника для механизации всех процессов, позволяющая достигать производительности более 100 тна человека в смену по шахте. В то же время по показателям потерь и разубожи-вания технология не благополучная: потери руды

в недрах достигают 12-15 %, а разубоживание 30-35 %.

Совершенствования и исследования технологических процессов рассматриваемых систем проводились постоянно как в СССР, России так и за рубежом рядом поколений высококвалифицированных горных инженеров, Малахов Г.А. [1], Дубынин Н.Г. [2], Хетагуров Г.Д. [3], Дженике Э.В. [4], Корнев Г.Н. [5], Агошков М.И. [6], Именитов В.Р. [7]и др. написано большое количество статей, книг, защищено более двух десятков докторских и кандидатских диссертаций. В тоже время существенных изменений в показатели потерь и разубожива-ния на практике рудников не внесли.