Системы разработки

Содержание

1.Системы разработки

1.1 Требования к разработке месторождений

1.2 Этажно-камерная  система разработки с камерно-целиковой  выемкой руды и закладкой.

1.3 Этажно-камерная  система разработки со сплошной  выемкой руды и закладкой.

1.4 Закладочные работы

2. Промышленная  площадка рудника. Основные здания  и сооружения промышленной площадки

2.1 Выбор  промышленной площадки

2.2 Осушение  поверхности промышленной площадки

3. Изготовление патрона-боевика

1.Системы разработки

1.1 Требования к разработке месторождений

Эффективность эксплуатации месторождений полезных ископаемых, отрабатывающих рудные залежи подземным способом, в первую очередь  зависит от правильно выбранной  системы разработки, ее конструктивных параметров и параметров технологических  процессов очистной выемки.

Требования к разработке месторождений по своей направленности делятся на две  группы.

Группа требований по рациональному  использованию недр:

- безопасность  работ и соблюдение необходимых  санитарно-гигиенических условий;

- недопущение   сверхнормативных   потерь   и   разубоживания   полезных  ископаемых, а также выборочной  отработки участков месторождений  с богатой рудой или особенно  легкими условиями работ, если  это приведет к необоснованным потерям балансовых запасов;

- минимальные  издержки производства и максимальная  производительность труда на  добыче руды (при соблюдении нормативов  потерь и разубоживания руды);

- выполнение  производственной программы по  количеству и качеству добываемой рудной массы;

- комплексное  использование месторождения, т.  е. возможно более полное использование  всех типов руд, а также вынимаемых  попутно пустых пород;

- постоянное (точнее, изменяющееся лишь в необходимых  пределах) качество рудной массы во избежание увеличенных потерь полезного компонента при ее переработке;

- охрана  месторождения полезных ископаемых  от затопления, обводнения, пожаров  и от воздействия других факторов,  снижающих  качество полезных  ископаемых   или   осложняющих   разработку;

Группа требований по охране окружающей среды:

- охрана  атмосферного воздуха, земель, лесов,  води других природных объектов, а также зданий и сооружений;

- исключение  вредного влияния отходов производства  на окружающую среду;

- сохранность  заповедников, памятников природы  и культуры;

- приведение  земельных участков, нарушенных  при пользовании недрами, в  безопасное состояние, а также  в состояние, пригодное для  использования. 

Основными критериями при выборе систем разработки для месторождения являются обеспечение  максимальной полноты выемки запасов  высокоценных руд и безопасность ведения горных работ.

Предусматривалось отработку запасов руды месторождения, в основном, вести системами разработки с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями. Безопасность ведения горных работ при этом обеспечивалась применением при добыче руды технологии сплошной выемки руды с многоступенчатым фронтом развития очистных работ с закладкой, исключающей оставление рудных целиков в отработанной зоне, встречные фронты и повторный возврат в зону очистных работ. Часть запасов руды, заключенных в рудных телах малой и средней мощности и расположенных выше 11 горизонта, предусматривалось отработать системами разработки с обрушением и открытым очистным пространством.

Большую часть запасов месторождения (~75%), расположенных на 9-16 горизонтах, предусматривается отработать технологией многоступенчатой сплошной выемки руды с закладкой выработанного пространства следующими вариантами систем разработки:

- сплошной  этажно-камерной с восходящей  выемкой руды и закладкой;

- сплошной  подэтажно -камерной с восходящей выемкой руды и закладкой;

- сплошной  восходящей выемкой руды вертикальными  лентами. 

Для отработки  запасов руды на 9-11 горизонтах (~7%) предусматриваются системы разработки с закладкой: камерная, подэтажных штреков, столбовая с однослойной выемкой руды полосами по восстанию.

Отработка запасов руды, расположенных на 5-9 горизонтах (~7%) предусмотрена системами этажного обрушения и сплошной выемки руды по падению.

Отработку запасов руды месторождения принято  осуществлять в границах следующих  выемочных единиц: единичных камер  и выемочных блоков.

Единичная камера - предусматривается для отработки разрезных щелей при системах разработки со сплошной выемкой руды и камер I, II и III, IV очередей при камерно-целиковой системе разработки.

Параметры камеры: ширина - 15-20 м (уточняется расчетом), высота и длина - на полную мощность рудного тела по восстанию и вкрест простирания соответственно.

Выемочный блок - предусматривается для отработки камер II-V очередей запасов при системах разработки со сплошной выемкой руды, а также для всех остальных вариантов систем разработки с закладкой, систем разработки с обрушением и открытым выработанном пространством.

Параметры блока: длина - 50-100 м, высота и ширина - на полную мощность рудного тела по восстанию и вкрест простирания соответственно.

На каждую выемочную единицу должен вестись  паспорт учета состояния и  движения запасов руды, форма и  содержание которого определяются отраслевой инструкцией.

Основные принципы технологии сплошной выемки руды системами разработки с закладкой выработанного пространства заключаются в следующем:

- рудная залежь на полную  мощность от нижнего контура  до верхней границы по простиранию  делится на выемочные блоки  длиной 80-100 м с выделением в каждом из них опережающей разрезной щели шириной 15-20 м;

- очистные  работы начинаются с отработки  центральной разрезной щели и  далее, к флангам залежи, отрабатываются  остальные (дополнительные) разрезные  щели этажно-камерной системой  разработки с закладкой выработанного  пространства; после твердения закладки, в каждом блоке подэтажно -камерной или слоевой сплошной выемкой осуществляется доработка оставшихся запасов;

- управление  горным давлением осуществляется  путем опережающего создания  начальных искусственных опор  в границах отработанных и  заложенных разрезных щелей с  последующим многоступенчатым цикличным  наращиванием мощности закладочного  массива по простиранию рудной  залежи за счет одновременного  и согласованного развития нескольких  шатрообразных очистных фронтов от контакта с закладочным массивом строго по направлению к флангам рудной залежи;

- высокая  концентрация горных работ обеспечивает  интенсивность очистной выемки, достаточную для сохранения естественной  устойчивости руд и пород, исключает  консервацию на длительный период  активных запасов и необходимость  повторного возвращения в зону  очистных работ.

1.2 Этажно-камерная система разработки с камерно-целиковой выемкой руды и закладкой.

Данная  система разработки предназначена  для отработки наклонных (350-500) мощных (более 20 м) рудных тел месторождения на участках относительно бедных и однотипных руд (рисунок 1.1).

Основные  параметры блока:

- длина  - 80 м;

- ширина - на полную мощность рудного  тела;

- высота - до 70 м;

- ширина  камеры  - 20 м.

Подготовительно-нарезные работы.

Рудная  залежь условно делится на блоки  длиной 80 м и подготавливается на уровнях горизонтов откаточным и вентиляционными штреками, откаточными ортами через 100 м и транспортным уклоном с заездами на доставочные и буровые выработки горизонтов. Доставочные горизонты проходятся по высоте  через 12 м и включают в себя  доставочные и вентиляционные штреки.

Рисунок 1.1 - Камерная система разработки с закладкой

Для обеспечения  проветривания горных работ предусматриваются  вентиляционно-ходовые, вентиляционные восстающие, для перепуска руды на откаточный горизонт - два рудоспуска, для подачи закладки - закладочные  выработки и скважины.

Нарезные  работы заключаются в проходке доставочных, буро-доставочных, буровых ортов, погрузочных  заездов и отрезных восстающих.

Очистные работы.

По длине  блок делится на четыре камеры шириной  по 20 м, отрабатываемых в четыре очереди. В камерах I и II очередей выпуск руды предусматривается на одно днище с организацией бокового выпуска через погрузочные заезды, в камерах III и IV очередей - на подэтажах с организацией торцевого выпуска руды через буро-доставочные орты. Порядок выемки запасов руды в камерах I, II очередей - нисходящий, в камерах III, IV очередей - восходящий.

Очистная  выемка начинается с отработки запасов  I очереди (разрезной щели). После закладки камеры I очереди твердеющей смесью отрабатываются запасы руды камеры II очереди (через рудный целик шириной 20 м), которая также заполняется твердеющей смесью. После твердения закладки в камере II очереди последовательно отрабатываются запасы руды камер III и IV очередей. Закладка камер всех очередей - твердеющая с нормативной прочностью 2,5-3,0 МПа.

При последовательной отработке блоков в выработанном и заложенном пространстве не должно оставаться более трех временных  целиков (камер III и IV очередей). Между одновременно отрабатываемыми камерами в соседних блоках должен быть не менее чем двойной рудный или комбинированный (рудо-бетонный) целик шириной 40 м.

Буровые работы в камерах I, II очередей ведутся на двух буровых горизонтах (доставочном и промежуточном) станками типа ЛПС-3У, СолоА-605, в камерах III, IV очередей - буровыми каретками типа «Бумер» на каждом подэтаже из двух буро-доставочных ортов, проходимых ближе к контактам руды с бетоном.

Доставка  руды из камер предусматривается  погрузочно-доставочными машинами типа Торо-1400, Cat R-1700, имеющими дистанционное управление, необходимое при торцевом выпуске руды из камер III, IV очередей.

Проветривание блока при ведении подготовительно-нарезных работ осуществляется вентиляторами  местного проветривания типа ВМЭ-12м, ВМЭ-6м, при очистной выемке - за счет общешахтной депрессии.

1.3 Этажно-камерная система разработки со сплошной выемкой руды и закладкой.

Данная  система разработки предназначена  для отработки запасов разрезных  щелей при многоступенчатой технологии сплошной выемки руды, представленных наклонными (350-500), мощными (более 20 м) рудными телами.

Основные  параметры блока:

- длина  - 20 м;

- ширина - 40, 27, 23 м (на полную мощность рудного тела);

- высота - до 70 м.

Подготовительные и  нарезные работы.

Блок  подготавливается на уровнях горизонтов откаточным и вентиляционным штреками, откаточными ортами через 100 м и транспортным уклоном с заездами на доставочные и буровые выработки горизонтов. Доставочный горизонт проходится на 12 м выше откаточного горизонта, является единственным на блок и включает в себя доставочный и вентиляционный штреки. Выработки бурового горизонта проходятся выше доставочного горизонта на 25-40 м.

Для обеспечения  проветривания горных работ предусматриваются  вентиляционно-ходовые, вентиляционные  восстающие, для перепуска руды на откаточный горизонт - два рудоспуска, для подачи закладки - закладочные  выработки и скважины.

Нарезные  работы заключаются в проходке доставочных, буровых ортов, погрузочных заездов  и отрезных восстающих.

Очистные работы.

На уровне доставочного горизонта оформляется  плоское или траншейное днище  блока с погрузкой руды через  боковые заезды. Расстояние между  осями погрузочных заездов - 10 м, ширина целиков - не менее 4 м.

Разбуривание блока ведется с двух горизонтов - доставочного и бурового буровыми станками ЛПС-3У или СолоА-605 скважинами диаметром 100-110 мм и глубиной до 40 м.

Очистные  работы заключаются в оформлении отрезной щели, секционном взрывании  вееров скважин и выпуске руды на боковые заезды.

Доставка  руды из блока предусматривается  погрузочно-доставочной машиной  типа Торо-1400, Cat R-1700 с дистанционным управлением, используемым при зачистке днища блока перед закладкой.

Закладка  блока осуществляется за один прием  с использованием закладочных выработок 11 горизонта и закладочных скважин.

Проветривание блока при ведении подготовительно-нарезных работ осуществляется вентиляторами  местного проветривания типа ВМЭ-12м, ВМЭ-6м, при очистной выемке - за счет общешахтной депрессии.

Подэтажно-камерная система разработки со сплошной выемкой руды и закладкой.

Данная  система разработки предназначена  для отработки запасов камер  II-V очередей при многоступенчатой технологии сплошной выемки руды в наклонных (350-500), мощных (более 20 м) рудных телах.

Основные  параметры блока:

• длина - 60-80 м;
• ширина - 40, 27, 23 м (на полную мощность рудного тела);
• высота - до 70 м;
• ширина камеры - 20 м.

Подготовительные и  нарезные работы.

Блок  подготавливается на уровнях горизонтов откаточным и вентиляционным штреками, откаточными ортами через 100 м и транспортным уклоном с заездами на доставочные горизонты. Доставочные горизонты проходятся по высоте через 12 м от уровня откаточного горизонта и до верхней границы блока и включают в себя доставочный и вентиляционный штреки.

Для обеспечения  проветривания горных работ предусматриваются  вентиляционно-ходовые, вентиляционные восстающие, для перепуска руды на откаточный горизонт - два рудоспуска, для подачи закладки - закладочные выработки и скважины (рисунок 1.2).

Нарезные работы заключаются в проходке буро-доставочных, буровых ортов и отрезных восстающих.

Очистные  работы.

По длине  блок делится на 3-4 камеры шириной  20 м, по высоте - на 4 подэтажа высотой по 12-13 м.

Отработку камер на подэтажах предусматривается  вести прирезками к ранее отработанной и заложенной разрезной щели с  выпуском руды через боковые заезды. Выработанное пространство закладывается  твердеющей смесью и после набора закладкой прочности 1,0-1,5 МПа  очистные работы ведутся  в восходящем порядке  в смежных камерах вышележащих  подэтажей; после набора прочности 2,5-3,0 МПа - в смежных камерах одного подэтажа. При одновременном ведении  очистных работ в двух и более  вертикальных лентах и при восходящем порядке выемки запасов руды расстояние между очистными забоями должно составлять не менее высоты подэтажа. Отработку запасов камеры последней  очереди, находящихся между заложенными  массивами, предусматривается вести  также в восходящем порядке, но только с торцевым выпуском руды через буро-доставочный  орт.

Рисунок 1.2 - Схема отработки блока подэтажно-камерной системой разработки со сплошной выемкой руды и закладкой

Разбуривание камер предусматривается буровыми  каретками типа «Бумер» веерами взрывных скважин диаметром 60-70 мм и глубиной до 20-30 м.

Доставка  руды из блока предусматривается  погрузочно-доставочными машинами Торо-1400, Cat R-1700,  оборудованными дистанционным управлением.

Закладка  камер всех очередей в пределах подэтажа осуществляется в один прием с  набором прочности закладки 2,5-3,0 МПа.

Проветривание блока при ведении подготовительно-нарезных работ осуществляется вентиляторами  местного проветривания типа ВМЭ-12м, ВМЭ-6м; при очистной выемке - за счет общешахтной депрессии.

Система сплошной выемки руды вертикальными лентами.

Данная система разработки предназначена  для отработки рудных тел любой  мощности и падения, сложенных богатыми и разнотипными рудами, а также  рудных тел, находящихся под бетонной закладкой.

Основные  параметры блока:

- длина  - 60 - 80 м;

• ширина - 40 м (на полную мощность рудного тела);
• высота - до 70 м;
• ширина очистных заходок - до 10 м;
• высота очистных заходок - 8 м.

Подготовительно-нарезные работы.

Рудная  залежь условно разделяется на блоки  длиной  80 м и подготавливается откаточным и вентиляционным штреками, откаточным ортом через 100 м, транспортным  уклоном с заездами на подэтажи, расположенными по высоте через 12 м и включающими в себя доставочные и вентиляционные штреки.

Для обеспечения  проветривания горных работ и  подачи закладки предусматриваются  вентиляционно-ходовые, вентиляционно-закладочные, вентиляционные восстающие, для перепуска  руды на откаточный горизонт – два  рудоспуска.

Нарезные работы заключаются в проходке разрезных ортов, заездов на слои и отрезных восстающих.

Очистные работы.

Сущность  системы разработки состоит в  послойной восходящей выемке руды вертикальными  лентами и закладке части очистного  пространства с оставлением свободного призабойного пространства для повторения цикла работ. Вертикальные ленты отрабатываются шатрообразным ступенчатым фронтом в прирезку к ранее отработанным и заложенным разрезным щелям.

Выемка  руды в ленте начинается с проходки разрезного орта на уровне нижней границы  блока  между доставочным и  вентиляционным штреками. Из разрезного орта проходится вентиляционно-закладочный восстающий до сбойки с вентиляционными и закладочными выработками вышележащего горизонта. Затем разрезной орт расширяется до 10 м, а после уборки руды производится обуривание рудного массива в кровле по всей длине ленты до высоты 8 м. После уборки руды и зачистки почвы производится закладка выработанного пространства на высоту 2,5-3,0 м. После набора прочности закладки не менее 1,5 МПа вновь производится обуривание кровли заходки до высоты 8 м и весь цикл работ в ленте повторяется. Отбойка разных технологических типов руды производится раздельно.

Ширина  ленты определяется устойчивостью  руды и пород висячего бока, высота очистного пространства в ленте  и толщина отбиваемого слоя –  параметрами применяемого забойного  оборудования. Максимальная высота незаложенного  выработанного пространства не должна превышать 8 м.

Величина  отставания забоев в смежных лентах должна быть не менее двойной толщины закладываемого слоя (5-6 м) и уточняется опытным путем.

Обуривание очистных заходок предусматривается шпурами буровыми каретками типа «Бумер», уборка руды - погрузочно-доставочными машинами типа Торо-400, Торо-1400, Cat R-1700.

Закладка  вертикальных лент осуществляется порциями с шагом 2,5-3,0 м и набором прочности закладкой до 1,5-2,0 МПа.

Проветривание блока при ведении подготовительно-нарезных работ осуществляется вентиляторами  местного проветривания типа ВМЭ-12м, ВМЭ-6м; при очистной выемке - за счет общешахтной депрессии.

1.4 Закладочные работы

Закладка выработанного пространства - совокупность процессов, охватывающих приготовление, транспортирование и укладку закладочного материала в выработанном пространстве.

Основное назначение закладки - поддержание выработанного пространства, предотвращение обрушения вмещающих пород и оседания земной поверхности.

Цель  и условия применения закладки приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Цель и условия применения закладки

Способы и виды закладки

Все способы  закладки можно разделить на две  группы: первая - компоненты закладочной  смеси не взаимодействуют между  собой, вторая - при взаимодействии компонентов происходит изменение  их физического или химического  состояния.

К первой  группе  относят сухую и гидравлическую закладку, ко второй - твердеющую.

Сухая закладка характеризуется тем, что при заполнении выработанного пространства она представляет собой нескрепленный податливый массив. Основные недостатки искусственного массива из сухой закладки - неоднородная плотность и значительная усадка (от 1 до 5%). Размещение закладочного материала в выработанном пространстве может осуществляться под действием собственного веса (самотечная закладка), с помощью различного рода механизмов и машин (машинная закладка) и посредством забрасывания материала струей сжатого воздуха (пневмозакладка).

Гидравлическая закладка позволяет получить более плотный массив при возможности интенсификации процесса закладки. Однако и в этом случае искусственный массив   не допускает больших   обнажений. При гидравлической закладке возникает проблема организации дренажа и отвода большого количества воды.

Твердеющая закладка в большинстве случаев как обязательный компонент включает вяжущий материал,   который в результате гидратации с водой связывает в монолит все компоненты. Она допускает значительные обнажения искусственного массива, а также позволяет выдержать динамические нагрузки от воздействия взрывных работ.

Этот  вид закладки по сравнению с другими  обеспечивает   существенное повышение  безопасности при очистной выемке, сокращение потерь и разубоживания  до минимума, отработку запасов руды в охранных целиках различного назначения,   сохранение земной поверхности и  надшахтных сооружений.

К недостаткам  применения твердеющей закладки следует  отнести значительный расход вяжущего, дополнительные капитальные затраты  на строительство закладочных комплексов, более высокие трудозатраты, что в конечном итоге приводит к повышению себестоимости добычи руды.

Основные  характеристики закладки: прочность, пустотность, упругие, деформационные и компрессионные свойства.

С целью организации технологии закладочных работ и для оценки качества закладочного массива вводится понятие нормативной, кубиковой и фактической прочности.

Кубиковая прочность закладки - это прочность образцов-кубиков составов твердеющей закладочной смеси через определенные сроки твердения, изготовленных и испытанных в лабораторных условиях по стандартной методике.

Кубиковая прочность характеризует твердение составов закладочной смеси во  времени  и назначается по условию формирования в требуемые сроки закладочного   массива   с прочностью не ниже нормативной.

На основании кубиковой прочности выбирается состав закладочной смеси для производства закладочных работ.

Фактическая прочность  закладки - это прочность закладочного массива,   сформированного в производственных условиях, в определенный момент времени.

Фактическую прочность закладки определяют: прямым методом - путем испытания на сжатие образцов - кернов закладки, выбуренных из искусственного массива; и, косвенным образом - путем испытаний образцов-кубиков закладки, отобранных на поверхности в процессе приготовления закладочной смеси.

Судить  о качестве искусственных массивов из твердеющей закладки без непосредственных измерений в массиве можно  лишь с небольшим приближением. Причина  в том, что в процессе ведения  закладочных работ из-за несовершенства дозирующих устройств и других обстоятельств  составы закладочных смесей отличаются от проектных. Наряду с этим разделение закладки по фракциям, ее расслоение в процессе транспортирования и укладки в выработанном пространстве, условия твердения не поддаются учету, хотя и оказывают существенное влияние.

Одним из наиболее распространенных способов контроля искусственных массивов является косвенное  определение их прочности посредством  отборки проб образцов и их испытании  раздавливанием на прессе в определенном возрасте.

Учитывая, что условия твердения закладки в массиве в результате компрессионного  сжатия существенно отличаются от твердения  образцов, необходимо устанавливать  переходные коэффициенты от кубиковой прочности к прочности массива. Эти коэффициенты зависят от состава смеси и условий твердения массива и находятся в пределах 1,3-1,5.

Результаты  испытаний при использовании  образцов (кернов) различных размеров могут отличаться между собой, даже если образцы имеют одинаковую форму. По данным многих авторов, прочность керна на 10-30% ниже прочности массива, однако в каждом конкретном случае эта величина может сильно колебаться. Недостаток этого метода в его значительной трудоемкости, а во многих случаях и невозможности выбуривания керна из массива небольшой прочности.

Фактическую прочность закладочного массива, согласно «Технологической инструкции по производству закладочных работ на Малеевском руднике ЗГОК ОАО «Казцинк» определяют путем отбора и испытаний образцов керна из скважин, пробуренных в закладочном массиве.