Самотечная доставка руды и других полезных ископаемых. Область применения. Выработки выпуска и доставки

Самотеком доставляют руду непосредственно по очистному пространству или по рудоспускам.

Самотечная доставка руды непосредственно по очистному про­странству. Этим способом (обычно в комбинации с последующей механизированной доставкой по подготовительным выработкам) доставляют приблизительно 90% железных руд, около 50% руд цветных металлов и почти все апатитовые руды. Отбитая руда под действием собственного веса опускается по очистному пространст­ву к выпускным выработкам, пройденным в основании блока. Из них выпускают руду в вагоны, рудоспуски или в выработки для доставки руды.

Очистное пространство в одних случаях поддерживается есте­ственно— за счет устойчивости руды и окружающих пород, и тог­да оно остается открытым или заполняется отбитой рудой. В дру­гих случаях очистное пространство по мере выпуска руды запол­няется обрушенными породами, и тогда выпускают руду под на-, легающими обрушенными породами.

В зависимости от наличия или отсутствия подэтажных доста- вочных выработок различают подэтажный и этажный выпуск ру­ды, а в зависимости от наличия или отсутствия специальных вы­пускных выработок —донный и торцевой.

Донный выпуск (рис. У.7) руды появился раньше и более рас­пространен. Выпускные выработки сохраняются на весь период отработки блока. Это дает возможность размещать отбитую руду по всей площади блока, применять любой порядок выпуска, до­ставлять руду не только самоходным оборудованием, но и обору­довать пункты выпуска полустационарными механическими уста­новками. Расходы на проведение выпускных выработок составляют 20--40% всех расходов на подготовительные и очистные работы в блоке. Применяют и этажный и подэтажный донный выпуск.

Действующие выпускные выработки должны быть заполнены отбитой рудой, а недействующие- заперемычены. Если выпускные выработки выходят в доставочную выработку одна напротив дру­гой с двух противоположных сторон, то выпуск можно вести толь­ко из одной из них и при условии, что приняты меры, исключаю­щие самопроизвольный выпуск из другой.

Рис. У.7. Донный выпуск руды: Д — подэтажный, под налегающими обрушенными породами; 0 — этажный," при естествен иом поддержании очистного пространства; / — выработки для механизированной доставки руды; 2 — выработки для выпуска руды; 3 — откаточные выработки; И - высота этажа; п — высота подэтажа.

Торцевой выпуск руды производят непосредственно в выработ­ку, по которой доставляют руду механическим способом — само­ходным оборудованием или питателем и конвейером. Применяется при отбойке руды вертикальными или крутонаклонными слоями в зажиме и при обрушении вмещающих пород на отбитую руду.

Рис. У.8. Подэтажный торцевой выпуск руды при малой (а) и увеличенной (б, в, г) высоте подэтажа:

б— послойный выпуск (I. II, III —порядок отбойки); в — массовый (стадия отбойки и ча­стичного выпуска); г — то же, стадия погашения надштрекового делика и общего выпуска. Стрелками показано направление выемки.

Торцевой выпуск обычно подэтажный (рис. У.8). Каждая из вы­работок для доставки руды горизонтальная и расположена непо­средственно под вынимаемой частью подэтажа или блока. Пога­шают эту выработку в отступающем порядке по мере отбойки ру­ды над ней, руда поступает в выработку с торца.

При торцевом выпуске дешевле подготовительно-нарезные ра­боты в связи с отсутствием выпускных выработок; но в случае массового обрушения выпускаемая руда постоянно имеет не толь­ко верхний, но и боковой контакт с обрушенными пустыми поро­дами, что ускоряет появление породы при выпуске и может ухуд­шить показатели извлечения по сравнению с донным выпуском.

Подэтажный торцевой выпуск при небольшой (5—9 м) высоте подэтажа получил распространение вначале на рудниках Швеции, а затем в Канаде, США и других странах. Доставляют руду са­моходным оборудованием. Около 25% объема подэтажа вынимают при проведении подэтажных штреков или ортов, поэтому они слу­жат компенсационным пространством при отбойке.

Торцевой выпуск этажный и подэтажный с увеличенной (15— 40 м) высотой подэтажа появился впервые в нашей стране при отбойке руды в зажиме. Он бывает послойный и массовый.

При послойном торцевом выпуске руды (разработан в Москов­ском горном институте под руководством автора в 1959 г.) рудодо- ставочную выработку погашают по мере отбойки (в зажиме). От­битые слои контактируют по одну сторону с обрушенными порода­ми. Можно отбивать слой значительной толщины — 6—16 м, в этом случае над доставочной выработкой оставляют-временный це­лик в виде козырька длиной 4—12 м и по мере выпуска руды взрывают этот козырек участками по 2--6 м, для того чтобы из­бежать больших потерь руды па почве очистного пространства. Этот вариант применен на руднике Зыряновского комбината как этажный (в 1960 г.), в дальнейшем (с 1964 г.) там стали разде­лять этажи высотой 45 м на два подэтажа, что вызвано небольши­ми размерами и неправильными контурами рудных тел. Достав­ляют руду сборными конвейерами с передвижным питателем.

При массовом торцевом выпуске руды (разработан в 1959 г. под руководством чл.-кор. АН СССР М. И. Агошкова) оставляют над рудодоставочной выработкой по всей или почти по всей ее дли­не временный целик небольшой толщины и по мере его погашения выпускают всю руду, отбитую в подэтаже.

Область применения торцевого выпуска расширяется по мере оснащения рудников соответствующим оборудованием.

Угол наклона стенок очистного пространства. При открытом очистном пространстве отбитая руда может скатываться по стенке с уклоном 45—55°, а в случае заполнения пространства обрушен­ной массой — с уклоном 65—80° (в обоих случаях большие углы относятся к влажной руде, включающей тонкоизмельченный мате­риал). В залежах с меньшим против указанных величин углом падения увеличивают наклон стенки со стороны лежачего бока за счет отбойки не по рудному контуру или нарезают выпускные отверстия в лежачем боку.

Условия применения. Угол падения залежи может быть раз­личным, но благоприятнее крутое падение, при котором все вы­пускные и доставочные выработки располагаются в рудном теле. /Мощность залежи при крутом падении может быть любой, а при пологом и наклонном она должна быть не менее 10—15 м, чтобы окупились расходы на образование выработок для выпуска и до­ставки руды в породах лежачего бока.

Самотечная доставка руды по рудоспускам применяются как вспомогательный способ. В рудоспуски руду доставляют механиче­скими средствами (см. рис. У.1) или самотеком.

Рудоспусками служат вертикальные и крутонаклонные выра­ботки, пройденные в руде или боковых породах. Угол наклона — не менее 55—60°, в крайнем случае 45—50° в верхней части рудо­спуска, если она никогда не бывает заполнена рудой.

Рудоепуски располагают по возможности в устойчивых поро­дах. чтобы избежать крепления их, так как крепь сильно изнаши­вается. Диаметр рудоспуска составляет обычно от 1,5 м при га­барите кусков 400 мм до 3 м при габарите 800—1000 мм (а по мере износа может увеличиваться до 10—12 м).

Иногда для спуска руды выкрепляют специальные отделения (размером обычно пе менее 0,9x1,4 м) в восстающих либо в очи­стном пространстве, заполненном закладкой или поддерживаемом крепью. Нередко спускают руду по стальным трубам диаметром 500—800 мм.

Если в выработках над рудоспуском взрывают заряды ВВ, то рудоспуск должен быть заполнен рудой над люком на высоту пе менее 3 м.

ВЫРАБОТКИ ДЛЯ ВЫПУСКА И ВТОРИЧНОГО ДРОБЛЕНИЯ РУДЫ

При донном выпуске отбитая руда по очистному пространству самотеком поступает в рудоприемные траншеи или воронки, образованные в основании блока, а из них в выпускные выработки, по которым перемещается самотеком либо с помощью механических питателей или пневматических устройств. Выпуска­ют руду в выработки, по которым доставляют ее самоходным обо­рудованием, скреперами или конвейерами.

Рудоприемные траншеи (предложенные автором в 1947 г.) по­явились намного позднее воронок. Одна траншея заменяет один или два продольных ряда воронок. Имеются различные варианты траншей (рис. У.9). Траншеи в поперечном сечении имеют форму опрокинутой трапеции, прямоугольника или прямоугольника с ле­жащей на нем опрокинутой траншеей. К основанию траншеи прой­дены выпускные выработки; при устойчивой руде они могут иметь увеличенный (до 3,5—4 м и более) размер по длине траншеи.

Траншеями вынимают нижнюю часть камер или блоков, под­сечку осуществляют одновременно с погашением вышележащего запаса или с опережением в виде подсечки (поэтому применение траншей называют траншейной подсечкой).

При наклонном рудном днище почва траншеи может быть рас­положена на уровне горизонта механизированной доставки или транспорта руды; выпускают руду из траншеи через горизонталь­ные сбойки—ниши (см. рис. У.9). Аналогичное решение для ка­мерной выемки с горизонтальным днищем (см. рис. У.9) разрабо­тано чл.-кор. АН СССР М._ч И. Агошковым и д-р техн. наук 3. А. Терпогосовым.

Образование траншеи. Обычно в основании будущей траншеи проводят траншейный орт или штрек (рис. У.10). Из него пробу­ривают вертикальные вееры скважин и затем взрывают их последовательно на отрезную щель, в результате чего по длине орта постепенно образуется траншея высотой 5—12 м.

Целесообразно совмещать образование траншеи с очистной вы­емкой.

Образовывают траншеи и под целиками. При устойчивой руде часть целика по длине должна быть подсечена траншеей забла­говременно вертикальными веерами скважин. Иногда образовыают из одного орта (штрека) две траншеи веерами скважин, про­буренных горизонтально и сверху вниз (см. рис. У.10). Этот ва­риант применяют при средней устойчивости руд, разрабатываемых системой с самообрушением (через торец орта наблюдают за хо­дом самообрушения).

Рис. У.9. Траншеи: а — для одностороннего выпуска (дно траншеи расположено выше горизонта доставки); О, в — для двухстороннего выпуска (правая траншея условно показана свободной от руды); /—траншеи; 2 — очистное пространство; 3 — выпускные выработки; 4— выработки для доставки руды; 5 — дно траншей; 6 — заезды для погрузочных машин.

Достоинства траншей по сравнению с воронками: руду в тран­шеях отбивают скважинами, при этом производительность пример-

Рис. У.Ю. Образование траншеи для выпуска руды в скреперную выра­ботку:

а — из траншейного орта; б — из дополни­тельного орта /; 2 — скреперный или кон­вейерный орт; 3 — конгуры отбойки сква­жинами -/ и частичного самообдушенпи бортов.

работы по проходке узких вертикальных выработок, требуемых для разделки воронок; исключается отдельная стадия подсечки. В связи с перечисленными преимуществами затраты на выемку руды из нижней части камеры (блока) на высоту траншеи снижа­ются в 1,5—2 раза, а по камере в целом на 10—15% и более; сокращается продолжительность нарезных работ в блоке в 2— 3 раза; снижается запас руды в трудно извлекаемом целике осно­вания блока. Однако при малой мощности залежей, недостаточной для отбойки скважинами, траншеи должны оформляться шпуро­вым методом, что лишает их главных преимуществ. При недоста­точно устойчивой руде применение траншей ослабляет целик над выработками для доставки руды. Поэтому траншеи применяют преимущественно в залежах мощных и средней мощности с устой­чивыми рудами.

Рудоприемные воронки целесообразно применять главным об­разом в условиях, неблагоприятных для траншей, т. е. при малой мощности залежей пли неустойчивых рудах.

Форма воронок ясна из их названия. Угол наклона откосов воронки не менее 45°, обычно 50—60°. Поперечные размеры во­ронки выбираются с учетом следующих соображений. Уменьшение площади воронок влечет за собой, во-первых, увеличение числа выпускных отверстий и выработок для доставки руды; во-вторых,

а 6 Рис. V". 11. Образование воронок для выпуска руды в скреперные выработки: и, б, 8 — в камерах; г, д — в целиках; а — штаиговымн скважинами; б — шпурами; «--шпу­рами и штанговыми скважинами — шпурами; д — то же, при весьма устойчивой руде; 1 — ка­мера; 2 — целик; 3 — откаточный орт; 4 — материальноходоаой восстающий; 5--соединитель­ный штрек; 7 — выпускная выработка; 8 — воронка;!> — буровой штрек.

уменьшаются размеры и, следовательно, прочность целиков между выпускными выработками. Расширение площади воронок увеличи­вает их объем не только по отдельности, но и суммарный (прямо пропорционально ширине) и, кроме того, повышает потери руды в гребнях воронок, так как потери руды в гребнях достигают 50— 70%. При обрушении руды и вмещающих пород увеличиваются также потери отбитой руды в промежутках между воронками.

Кроме того, в этом случае, а также при магазинировании руды диаметр воронок должен быть ие слишком большим, чтобы при выпуске руды обеспечить совместное влияние смежных воронок и за счет этого ликвидацию сводов зависания руды и равномерное опускание руды по всей площади выпуска. Если же руда слежива­ется, то ширииа воронок не должна превышать 4—7 м, иначе вы­пуск технически невозможен. Вообще диаметр воронок изменяется

от 3,5 до 18 м, но обычно со­ставляет 6—10 м.

Образуют воронки шпура­ми или штанговыми скважина­ми (рис. V. 11).

Шпуровой метод применя­ют в маломощных залежах или при очень крепкой руде; обычно проходят вертикаль­ную выработку, а затем рас­ширяют ее шпурами до про­ектных контуров воронки. При пониженной устойчивости ру­ды в последнюю очередь взрывают шпуры опережающего забоя восстающего и штанговые скважины, пробуренные вокруг него.

В большинстве случаев производят над воронками низкую (вы­сотой 2—3 м) подсечку на всей площади очистных камер, и если руда достаточно устойчива, то и на части площади под целиками.

Шпуровой метод дает возможность точнее оконтурить воронки и лучше сохранить межвороночные целики, но более трудоемок.

Штанговыми скважинами образовывают воронки в мощных и средней мощности залежах. Проходят короткий восстающий, про­буривают из него один-два кольцевых комплекта крутонаклопных восходящих штанговых скважин, взрыв зарядов которых и обра­зует воронку.

Особенности образования воронок под целиками. Предвари­тельно, т. е. перед разрушением целика, разделывают воронки на максимально возможной площади (по условию устойчивости целика). Но основную часть, а иногда и все воронки приходится образовывать одновременно с обрушением целика. Для этого про­ходят заблаговременно короткие восстающие и из них пробури­вают один-два кольцевых комплекта штанговых скважин или шпу­ров. Их взрывают вместе со скважинами в целиках, в первую очередь — внутреннее кольцо скважин, с замедлением — внешнее кольцо, а затем с еще большим замедлением — скважины в це­ликах.

Рис. УЛ2. Выработки 1 для выпуска ру­ды в скреперный или конвейерный штрек 2: а — с нишей 3; 6 — без нищи.

Выпускные выработки, т. е. выработки для перепуска руды из воронок или траншей в выработки доставки (см. рис. У.9), часто называют дучками. Обычно их ие крепят, но при неустойчивой руде и большом горном давлении иногда закрепляют бетоном вместе с доставочной выработкой. Конструкции выпускных воронок различаются в основном наличием или отсутствием ниши
(рис. У.12). На отечественных рудниках обычно образовывают ни­шу и из нее высекают короткий вертикальный восстающий. В за­рубежной практике проходят короткий наклонный восстающий не­посредственно из доставочного штрека или орта, при этом буро­взрывные работы сложнее, но зато объем проходки меньше, а главное—при эксплуатации выработок выпускаемая руда соскаль­зывает по массиву; кроме того, при необходимости в бетонном креплении его легче осуществить.

КУ//А///1

Выпускные выработки обычно квадратного или круглого сече­ния размером 1,5—2,5 м. При устойчивой руде, скреперной достав­ке и траншейной подсечке можно увеличить ширину выпускных выработок (по длине скреперного штрека) до 3—3,5 м, что снижа­ет число зарядов.

Выработки для вторичного дробления руды. Иногда применя­ются специальные камеры грохочения (рис. У.13). Их оборудуют грохотами, на которые руда самотеком поступает из очистного пространства.

В тридцатых — сороковых годах камеры грохочения были очень распространены (кондиционный размер кусков составлял тогда 400 мм и просветы в грохоте не были опасно большими), но с раз­витием механизированной доставки руды они были почти полно­стью вытеснены скреперными, а затем и другими выработками для механизированной доставки. В семидесятых годах камеры грохочения снова появились на отдельных рудниках как вынужден­ное решение при выпуске руды вибропитателями.