Выбор системы разработки рудных месторождений

Правильный выбор систем разработки рудных месторождений имеет важное значение и в основном определяет эффективность их разработки.

На большинстве рудных месторождений по горнотехническим условиям можно применять несколько разных систем разработки. Однако для каждого месторождения должна быть выбрана наиболее рациональная система, удовлетворяющая разным техническим и экономическим требованиям, среди которых самыми важными являются:

-   обеспечение безопасных и здоровых условий труда для работающих;

-   достижение минимальной себестоимости продукции;

-   выполнение заданной производительности рудника по добыче руды с соблюдением принятых кондиций по её качеству;

-   рациональное использование недр, экономически обоснованный минимум потерь и разубоживания руды, а также комплексная разработка полезных компонентов и месторождений.

Выбор систем разработки производим по постоянным и переменным факторам.

Все системы разработки рудных месторождений с экономической точки зрения могут быть разделены на две группы.

К первой относятся системы разработки, у которых себестоимость добычи 1 тонны руды небольшая, но потери и разубоживание повышены: Это системы с естественным поддержанием очистного пространства при оставлении постоянных целиков и системы с обрушением руды и вмещающих пород.

Вторая группа включает системы разработки с небольшими потерями и разубоживанием, но с большой себестоимостью 1 тонны руды. К ним относят системы с искусственным поддержанием очистного пространства.

Для окончательного выбора системы разработки используем сравнение технико-экономический параметров систем.

Так как в пределах месторождения рудное тело невыдержанное по мощности, средняя мощность равна 24 м, выдержанное по углу наклона 12, залегание пологое, устойчивость руды и вмещающих пород непостоянна и изменяется от средней до неустойчивой, а также резко снижается в местах тектонических нарушений, глубина залегания от 1000 до 1300 м, земная поверхность охраняется, руда ценная, сульфидная склонная к слёживанию и самовозгоранию, то для таких условий возможность выбора системы разработки весьма узка.

Целесообразно выбрать систему разработки с минимальными потерями и разубоживанием (из-за высокой ценности руды), с закладкой выработанного пространства (из-за необходимости сохранения земной поверхности, так как (Н/m)‹200, большой глубины разработки и удароопасности месторождения) твердеющими смесями (из-за опасности самовозгорания руды). К таким системам относится сплошная (без оставления целиков) слоевая система разработки с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями, потому что она обеспечивает необходимые параметры и технико-экономические показатели по системе разработки и сплошная камерная система разработки с закладкой выработанного пространства.

Область рационального применения сплошных слоевых систем разработки

Большая мощность перекрывающих друг друга залежей руд различного качества, экономическая целесообразность первоочерёдной отработки сплошных (богатых) руд и необходимость сохранения вкрапленных для последующей выемки обусловили управление горным давлением при очистной выемке полной закладкой выработанного пространства твердеющими смесями.

Сплошные системы разработки рекомендуется применять при отработке сильно нарушенных руд, а при выемке руд любой нарушенности на глубинах свыше 500м.

Сплошные системы разработки характеризуются отсутствием в выработанном пространстве рудных целиков, воспринимающих нагрузки вне области защиты рудным массивом. Ширина такой области в условиях рудников Талнаха лежит в пределах 40 - 70м.

К классу сплошных систем разработки с твердеющей закладкой относятся сплошная слоевая, сплошная камерная и камерно-слоевая.

Особенность применения на рудниках Талнаха сплошных систем с твердеющей закладкой заключается в следующем:

- глубина залегания рудных залежей 150-1500м, угол падения 3-25°, мощность залежей сплошных руд до 40м;

- большие площади рудных залежей;

- высокая ценность сплошных руд;

- сильная тектоническая раздробленность большинства рудных полей и в частности рудников "Октябрьский" и "Таймырский";

- нарушенность сплошных руд и пород непосредственной почвы и кровли от весьма сильной до слабой, иногда резко изменяется в плане и разрезе;

- потенциальная удароопасность сплошных руд и ряда вмещающих пород

- склонность сплошных руд к слёживанию и самовозгоранию.

Исходя из горно-геологических условий и принципов сплошной слоевой системы разработки горизонтальными или слабонаклонными слоями, возможны три порядка выемки рудного тела по его мощности (три варианта системы):

- снизу вверх ( восходящий порядок выемки );

- сверху вниз ( нисходящий );

- сочетание первых двух (комбинированный).

А также имеет место вариант отработки рудного тела камерными системами разработки, а именно камерно-столбовая система отработки с целиков и заполнением отработанных камер твердеющими смесями.

Общим для всех вариантов является разделение рудного тела на выемочные участки (панели) с возможным независимым ведением работ на каждом из них.

Сущность восходящего порядка выемки слоёв состоит в том, что рудное тело в пределах панели разделяется на вертикальные полосы (ленты), которые отрабатываются слоями снизу вверх, причём как правило между кровлей слоя и поверхностью закладки оставляют свободное так называемое технологическое пространство.

Восходящий порядок выемки слоёв может применяться при разработке слабо и средне нарушенных руд на глубинах до 800 м. Этот вариант может применяться и в том случае, если в отрабатываемой ленте встречаются изолированные участки сильно нарушенных руд длиной не более двукратной ширины ленты ( очистной выработки ).

Преимущества восходящего порядка выемки: сравнительно небольшая продолжительность развития работ в панели; возможность совмещения во времени в одной очистной выработке процессов бурения, погрузки и доставки руды; не высокие требования к прочности закладки, обнажённой только в стенке очистной выработки; сравнительно простые схемы подготовки и проветривания.

Недостатки этого варианта: возможность применения до определённых пролётов и глубины разработки вследствие разрушения руды в стенке очистной выработки и консольно-нависающем массиве; невозможность использования в сильно нарушенных рудах; сравнительно не высокая производительность панели из-за ограниченного числа одновременно действующих забоев.

Сущность нисходящего порядка выемки слоёв заключается в том, что рудное тело по мощности разделяют на горизонтальные (слабо наклонные) слои, которые отрабатывают заходками (одновременно или последовательно) независимо друг от друга с некоторым опережением верхними нижних. Нисходящий порядок выемки слоёв может применяться при разработке руд любой нарушенности, залегающих на любых глубинах.

Преимущества нисходящего порядка выемки слоёв: возможность применения в любых горно-технических условиях; все слои, кроме первого, находятся в разгруженной зоне; меньшая по сравнению с восходящей выемкой изрезанность рудного массива подготовительными выработками в результате применения слоёв большей высоты; более высокая производительность панели за счёт возможности вовлечения в одновременную работу большего числа очистных забоев.

К числу существенных недостатков нисходящего порядка отработки слоёв относятся: большее время (по сравнению с восходящей выемкой) для достижения максимальной производительности панели; значительный удельный объём нарезных работ при расположении в каждой заходке разрезных штреков; высокие требования к прочности закладки и технологии закладочных работ при формировании несущего слоя (пачки слоёв) искусственной кровли; сложность схемы проветривания заходок.

Сущность комбинированного порядка выемки слоёв заключается в том, что верхний подкровельный слой отрабатывают с опережением, а остальную часть рудного тела аналогично варианту с восходящим порядком выемки слоёв.

Комбинированный порядок выемки слоёв может применяться при отработке слабо и сильно нарушенных руд, а также при сильно нарушенных и раздробленных породах кровли. Этот вариант можно также применять при разработке участков рудного тела, в нижней части которого (в разрезе) залегают слабо или средне нарушенные руды, а в верхней - сильно нарушенные. В таком случае сильно нарушенные руды отрабатывают нисходящими слоями, а надработанные слабо или средне нарушенные - восходящими.

Надработкой рудного тела верхним (подкровельным) слоем, расположенным как правило в наиболее нарушенных породах кровли и рудного тела, очистной забой разгружается от повышенного опорного давления, приводится в неудароопасное состояние призабойная часть сплошных руд и существенно уменьшается влияние прогиба на рудную консоль. За счет комбинированного порядка расширяется область применения технологии восходящей выемки, однако остаются недостатки этого варианта, кроме первого.

Вариант отработки запасов камерами, заключается в том, что рудное тело по мощности не разделяют на слои, а отрабатывают сразу на всю мощность.

Преимущества: меньшая по сравнению со слоевой выемкой изрезанность рудного массива подготовительными выработками в результате отработки на всю мощность; более высокая производительность панели за счёт возможности вовлечения в одновременную работу большего числа очистных забоев.

Область рационального применения камерных систем разработки

Систему применяют для отработки мощных залежей (20— 30м) ценных руд, если стоимость дополнительно извлекаемого металла за счет сокращения потерь руды компенсирует затраты на закладку выработанного пространства. Вмещающие породы средней устойчивости и устойчивые.

По сравнению с двухстадийной выемкой эта система обладает преимуществом, так как для закладки используется материал относительно невысокой прочности, сокращаются потери руды и затраты на поддержание выработанного пространства из-за отсутствия необходимости возобновления работы на ранее отработанных первичными камерами участках.

Вариант системы для отработки мощных горизонтальных залежей изображен на рисунке 16.

Подготовка залежи к отработке заключается в проведении панельных штреков, располагаемых на границах панели на уровне верхней и нижней подсечек. Подсечные выработки проходят в руде на контакте с вмещающими породами и располагают таким образом, чтобы на границе секций оставался ленточный целик.

Параметры системы: ширина панели 120—150 м, ширина секций (длина камер) 20—30 м, ширина камер-прирезок 6—10 м, высота камер соответствует мощности рудного тела и равна 20—40 м.

Очистные работы производят в камерах, расположенных ступенчато, параллельно фронту очистной выемки. Разбуривание массива и подача закладки осуществляются через выработки верхней подсечки. Погрузочно-доставочные орты в нижней подсечке соединяют через 80—120 м транспортным штреком с рудоспуском.

Камерная система со сплошной выемкой руды и закладкой выработанного пространства

Рисунок 16. Камерная система со сплошной выемкой руды и закладкой выработанного пространства:

а и б — соответственно планы погрузочно-транспортного и бурозакладочного горизонтов; 1 и 2 —соответственно камеры в стадии очистной выемки и затвердевания закладки; 3погрузочно-транспортный комплекс; 4и 5— соответственно камеры в стадии нагнетания закладки и подготовки; 6— закладочный трубопровод; 7 — перемычка из отбитой руды.

Особенность камерной системы со сплошной выемкой для наклонных залежей (рисунок 2.8) заключается в том, что подготовку осуществляют диагональным съездом, пройденным под углом 6градусов.

Транспортно-доставочные выработки проводят в днищах камер, смежных с отрабатываемой камерой. Отбойку руды осуществляют из нижней рудовыпускной траншеи. Выемку в пределах панели производят в направлении по падению. При длине фронта панели 120м вдоль нее размещаются от 2 до 4 камер длиной 60, 40 или 30 м и шириной 6—8 м. Диаметры скважин на отбойке составляют 52, 65, 80 и 105 мм, выход руды 3—5,5 м3/м, удельный расход ВВ 1,2—1,6 кг/м3.

Камерная система разработки со сплошной выемкой

 

Основные показатели системы со сплошной выемкой

Объем горно-подготовительных работ на 1000 т

руды, м3...................................... 58—87

Потери, %................................... 2—5

Разубоживание, %...................... 10

Годовая производительность панели, тыс. т.. 300

Сменная производительность труда рабочего, т 23—28

Помимо перечисленных, можно отметить следующие достоинства этой системы разработки: возможность совмещения буровых и погрузочно-доставочных работ в камере, независимость процессов закладки и очистной выемки, безопасность работ, а недостатком являются трудности при поддержании днища, особенно при бурении и отбойке руды из нижней подсечки.

При использовании погрузочно-доставочных машин с дистанционным управлением эффективность работ при этой системе повышается за счет сокращения потерь, и область применения системы может быть существенно расширена.