Управление горным давлением в очистных забоях.

⇐ ПредыдущаяСтр 9 из 11Следующая ⇒

Горное давление — это напряжения, возникающие в массиве горных пород, окружающих горную выработку. Проявляется оно в деформациях и разрушении крепи, опускании и обрушении пород, окружающих горную выработку, пучении почвы, раздавливании целиков, уплотнении закладочного массива и т. д. Основные причины, вызывающие горное давление, — собственный вес пород.

Факторы, влияющие на характер проявления горного давления, весьма разнообразны и могут быть разделены на две группы: геологические и горнотехнические. К первым относятся:

· физико-механические свойства горных пород;

· угол падения и мощность пласта;

· глубина залегания полезного ископаемого;

· обводненность вмещающих пород;

· строение кровли, почвы и мощности слагающих их слоев и др.

Ко второй группе относятся:

· размеры выработки и срок ее поддержания;

· скорость подвигания забоя лавы;

· способ выемки полезного ископаемого, тип и характеристика применяемой крепи;

· способ управления горным давлением.

Физико-механические свойства горных пород являются главным фактором, определяющим характер проявления горного давления, их устойчивость и склонность к самообрушению.

Обеспечение безопасных условий труда в очистном забое в его призабойной зоне достигается возведением крепи различной конструкции, исключающей обрушение пород непосредственной кровли. Однако по мере выемки угля обнажение кровли увеличивается, она деформируется, растрескивается, в конечном итоге приходит в предельное состояние, когда установленная крепь не может выдержать возникающих нагрузок. Крепь деформируется, кровля обрушается. Чтобы этого не произошло, необходимо управлять горным давлением.

Управлением горным давлением называют комплекс мероприятий по регулированию проявлений горного давления в очистном забое с целью обеспечения безопасных и необходимых производственных условий. Применительно к пологим и наклонным пластам пользуются термином — управление кровлей, так как в этих условиях в комплекс мероприятий входит предотвращение преждевременных обрушений кровли. На крутом же падении необходимо управлять и породами почвы, склонными в некоторых случаях к сползанию.

Все существующие способы управления кровлей можно разделить на три группы:

естественное поддержание выработанного пространства оставляемыми целиками угля;
обрушение пород кровли за пределами призабойного пространства;
искусственное поддержание кровли в выработанном пространстве посредством заполнения его пустыми породами.

При разработке угольных пластов длинными очистными забоями известны следующие способы управления кровлей: полное обрушение, частичное обрушение, полная закладка, частичная закладка и плавное опускание. Такие способы управления кровлей, как частичное обрушение, частичная закладка и плавное опускание, в настоящее время не применяются.

Самым распространенным способом управления кровлей является полное обрушение. Сущность заключается в периодическом обрушении нависающей вследствие выемки угля консоли пород кровли по всей длине очистного забоя. Расстояние, через которое осуществляется обрушение пород кровли, называют шагом обрушения. Величина шага обрушения зависит от типа призабойной крепи, технологии и средств механизации очистных работ, свойств пород кровли и других факторов.

Шаг обрушения кровли в очистных забоях с индивидуальной крепью принимается кратным ширине захвата исполнительного органа комбайна или ширине вынимаемой ленты при буровзрывной выемке. В очистных забоях, где осуществляется буровзрывная выемка угля с индивидуальной деревянной крепью, шаг обрушения принимается равным ширине нескольких лент. Он может достигать 5—6 м и более. При механизированных крепях он равен шагу передвижки крепи.

Обрушение пород непосредственной кровли сопровождается увеличением их объема. Следовательно, при определенном соотношении мощности пласта и толщины обрушающихся слоев непосредственной кровли будет происходить самоподбучивание основной кровли. В этом случае устраняется пригрузка со стороны основной кровли, и крепь в лаве работает в благоприятных условиях. Если самоподбучивание основной кровли не происходит, что возможно при мощности обрушающейся непосредственной кровли менее 6—8-кратной мощности пласта, то крепь будет испытывать повышенные нагрузки.

Эффективность управления кровлей полным обрушением зависит от склонности пород к обрушению. При наличии в кровле прочных пород значительной мощности, обычно являющихся труднообрушаемыми или трудноуправляемыми, осуществляют их разупрочнение посредством передового торпедирования или гидрообработки.

Передовое торпедирование заключается в предварительном ослаблении пород кровли взрыванием зарядов в скважинах, пробуренных впереди очистного забоя (рис. 5.11).

Рис. 5.11. Схема расположения скважин при ослаблении массива взрыванием зарядов

Рис.5.12. Управление кровлей полным обрушением при механизированной выемке с индивидуальной крепью: 1 — посадочные стойки ОКУМ

Ослабление породного массива может быть осуществлено также гидрообработкой, сущность которой заключается в нагнетании в него жидкости под давлением. Вследствие воздействия воды происходит размокание пород, ослабление контактов по напластованию и естественным трещинам.

В отличие от комплексно-механизированных забоев, где обрушение кровли происходит стихийно вслед за передвижкой секций крепи, посадка кровли в лавах с индивидуальной крепью отличается трудоемкостью и повышенной опасностью.

Процесс посадки кровли заключается в выполнении следующих операций (рис. 5.12): последовательная разгрузка из-под давления посадочных стоек ОКУМ, передвижка их к забою на шаг посадки и установка по линии обрушения, снятие призабойной крепи и переноска ее в рабочее пространство лавы. После удаления крепи кровля обрушается.

Полная закладка выработанного пространства как способ управления кровлей имеет ограниченное применение, так как это связано с дополнительными затратами на ее осуществление.Сущность заключается в заполнении выработанного пространства пустой породой, называемой закладочным материалом.

Полная закладка выработанного пространства как способ управления горным давлением имеет многоцелевое назначение:

уменьшение потерь полезного ископаемого и снижение вероятности возникновения эндогенных пожаров, что способствует повышению безопасности горных работ;
при разработке мощных крутонаклонных пластов исключается возможность возникновения провалов на поверхности, уменьшается ее опускание.

Применение закладки выработанного пространства является одним из природоохранных мероприятий, осуществляемых на ряде горнодобывающих предприятий. Однако закладка выработанного пространства является трудоемким процессом, требующим дополнительных затрат на ее осуществление. Поэтому ее применяют в тех условиях, где посредством полной закладки выработанного пространства представляется возможным обеспечить высокую безопасность работ и сохранность поверхности.

В качестве закладочного материала используют песок, гравий, дробленые коренные породы, отходы обогатительных фабрик, а также породы шахтных отвалов. На ряде шахт Кузбасса в качестве закладочного материала применяют дробленые коренные породы, добываемые в специальных карьерах.

Закладка выработанного пространства может быть гидравлическая, пневматическая, самотечная и механическая. Самотечная и механическая закладки обладают рядом существенных недостатков. Одним из них является значительная усадка закладочного массива. Поэтому эти виды закладки практически не применяются.

Применяют в основном гидравлическую закладку, при которой закладочный материал в выработанное пространство доставляют по трубам потоком воды. Закладочный материал перемещается по трубам с поверхности до выработанного пространства, где производится его укладка, отвод воды, ее осветление и откачка на поверхность. Пульпопровод, в качестве которого используют армированные износоустойчивые трубы диаметром 150—200 мм, состоит из вертикальных и горизонтальных частей.

Закладочный материал при гидрозакладке должен легко отдавать воду. Это достигается ограничением содержания глинистых пород. Их должно быть не более 15 %. Гидравлическая закладка обеспечивает более высокую плотность массива и минимальную его усадку под действием собственного веса и горного давления. Это определяет перспективность ее применения. Она характеризуется также большой производительностью и малой энергоемкостью. В то же время она имеет существенные недостатки, основными из которых являются: поступление в горные выработки большого количества воды, загрязнение выработок, невозможность совмещения работ по выемке угля и возведению закладки, большие капитальные и эксплуатационные затраты.

В отдельных случаях применяют твердеющую закладку. В ее состав вводят вяжущие компоненты. Такой закладочный материал значительно улучшает свойства закладочного массива.

При пневматической закладке транспортирование закладочного материала осуществляется по трубам сжатым воздухом. Смешивание сжатого воздуха и закладочного материала осуществляется в специальных пневматических закладочных машинах различной конструкции. Основными недостатками пневматической закладки являются: значительные капитальные затраты, большой расход сжатого воздуха, что удорожает стоимость закладочных работ, жесткие требования к закладочному материалу, быстрый износ труб и арматуры, большое пылеобразование. Пневматическая закладка может применяться в различных горно-геологических условиях, в том числе и при комплексно-механизированной выемке.

21. общая характеристика и особенности рудных месторождений.

Рудные месторождения по сравнению с угольными имеют ряд особенностей разработки.

1. Более высокие крепость и абразивность руд по сравнению с углем. Так, если коэффициент крепости по шкале проф. М. М. Протодьяконова для каменного угля равняется 1 —1, 5 и для антрацита 2—2, 5, то для руд средней крепости этот коэффициент колеблется от 5 до 9, для крепких—от 10 до 14 и для весьма крепких — от 15 до 20 и выше. Поэтому необходимо использование взрывного способа отбойки. Механический способ отбойки, который весьма широко применяется при разработке угольных месторождений, на рудниках удается использовать лишь в исключительных случаях (например, при разработке калийных солей).

2. Изменчивость элементов залегания рудных тел. Мощность изменяется от нескольких сантиметров до сотен и более метров. Длина рудных залежей по простиранию колеблется от нескольких метров до нескольких километров, а отдельные рудные месторождения простираются на десятки километров.

Формы рудных тел отличаются гораздо большей сложностью. Контакты руды и вмещающих пород не всегда четко выражены.Разнообразие форм и изменчивость элементов залегания рудных тел требуют соответствующего разнообразия выполнения производственных процессов, систем разработки, схем подготовки и способов вскрытия месторождений.

3. Изменчивость содержания полезных компонентов с глубиной, по мощности и по простиранию рудных тел. Качество рудной массы, поступающей из разных очистных блоков, как правило, различно.

Так как качество рудной массы, выдаваемой на поверхность и поступающей на переработку, должно быть постоянным, то возникает необходимость усреднения качества рудной массы, поступающей из разных очистных блоков. Для решения этой задачи обычно приходится увеличивать число находящихся в. работе очистных блоков по сравнению с необходимым для обеспечения заданной производительности рудника, устраивать соответствующие бункерные аккумулирующие емкости, что существенно увеличивает себестоимость добычи.

4. Гораздо меньшая достоверность информации о горно-теологических условиях.

5. Широкий диапазон устойчивости руд и вмещающих пород. Этот фактор предопределяет многообразие используемых способов поддержания очистного пространства. Тектонические же нарушения в рудных месторождениях встречаются чаще, чем в угольных.

6. Склонность некоторых руд к слеживаемости, что усложняет технологию горных работ.

7. Способность некоторых руд к самовозгоранию, что приводит к необходимости перехода на отработку месторождения дорогостоящими методами, например системами разработки с твердеющей закладкой, позволяющими резко ограничить доступ воздуха к руде.

8. Более высокая ценность большинства руд по сравнению с углем, предъявляет более жесткие требования к полноте и качеству извлечения полезного ископаемого из недр, поэтому в соответствующих условиях оправдываются более трудоемкие и дорогостоящие способы ведения горных работ, отличающиеся небольшими потерями и разубоживанием руды.

Так как рудные месторождения по сравнению с угольными гораздо более разнообразны по горно-геологическим условиям, то более разнообразны и технологические решения при разработке рудных месторождений подземным способом.

22. Вскрытие рудных месторождений

Шахтные поля рудных шахт вскрывают вертикальными и наклонными стволами, штольнями, а при комбинированном способе вскрытия используют сочетания из перечисленных выработок, например вертикальные и наклонные стволы и пр.

Основные требования к вскрытию рудных месторождений:

необходимость двух выходов на земную поверхность;
удобная площадка для размещения поверхностного комплекса;
возможность своевременной подготовки нового горизонта и т. д.

Стволы располагают в породах лежачего бока вне зоны сдвижения вмещающих пород с тем, чтобы не оставлять рудных целиков и не увеличивать потери ценного полезного ископаемого. Исключения возможны при вскрытии горизонтальных и пологих месторождений, занимающих большие площади.

Если длина рудного тела по простиранию не превышает 600—800 м, то основной и вспомогательный стволы располагают на флангах залежи (рис. 7.2). При большей длине рудного тела основные стволы располагают в центре шахтного поля (рис. 7.3), а вспомогательный и вентиляционный — на флангах. Фланговое расположение вентиляционных стволов обеспечивает надежное проветривание горных выработок всего рудника. Число главных рудоподъемных стволов может быть от 1 до 3 и зависит от мощности рудника, многосортности добываемой руды, числа независимых подъемных горизонтов.

При разработке крутых рудных тел применяют вскрытие этажей с концентрационными горизонтами, при котором на 2..4 этажа сооружают один основной, концентрационный горизонт и 1..3 промежуточных (рис. 7.4). На концентрационном горизонте проводят все необходимые выработки: основной квершлаг, околоствольный двор с камерами и дробильной установкой. На промежуточных горизонтах проводят только вспомогательные квершлаги, которые используют для подачи воздуха для проветривания выработок, перевозки людей и материалов. Руда по квершлагам промежуточного горизонта не транспортируется или же доставляется только до капитального рудоспуска, проведенного на концентрационный горизонт.

Преимущество этой схемы вскрытия: сокращение объема капитальных горных выработок за счет уменьшения числа дробильных установок, приемных бункеров скипового подъема, водоотливных установок и пр., которые сооружают только на основном горизонте.

Рис. 7.2. Схема подготовки пологой рудной залежи:

1 — Основной ствол; 2 — главный откаточный штрек; 3 — погрузочные люки; 4 — орты; 5 — вспомогательный ствол

Рис. 7.3. Вскрытие рудной залежи вертикальными стволами и этажными квершлагами:

1 — Центральные стволы; 2 — фланговые стволы; 3 — откаточные воздухоподающие квершлаги; 4 — откаточные штреки; 5 — границы зоны сдвижения вмещающих пород; 6 — фланговые квершлаги

На промежуточном горизонте сооружают простой околоствольный двор небольшого объема, а промежуточный квершлаг имеет однопутное сечение. При этом шахта обеспечивается необходимым резервом вскрытых и подготовленных, улучшается работа подземного транспорта благодаря наличию емких бункеров, увеличить концентрацию торных работ, что обеспечивает дополнительную экономию на вспомогательных работах.

Рис. 7.4. Вскрытие крутой рудной залежи вертикальными стволами с концентрационными горизонтами:

1 — основной ствол; 2, 3 — квершлаги концентрационного и промежуточных горизонтов соответственно; 4 — слепой вспомогательный ствол для промежуточных горизонтов последней очереди вскрытия; 5 — бункер; 6 — скиповой дозатор

Недостатки: увеличение сроков строительства шахты, первоначальных капитальных затрат и затрат на подъем полезного ископаемого и воды на поверхность, поступающих с промежуточных на основной горизонт.

Разработка рудных месторождений достигла глубин в пределах 800..1000 м и в отдельных случаях свыше 3 км. Вскрытие и отработка месторождений на больших глубинах усложняются из-за увеличения горного давления, повышения температуры пород, снижения их устойчивости; усложняется подъем руды; на поверхность.

При разработке месторождений на больших глубинах применяют так называемое двухступенчатое вскрытие. Вертикальные стволы проходят до глубины 1500—1800 м, при которой еще технически возможно применение многоканатного подъема. Ниже сооружают слепые вертикальные или наклонные стволы (рис. 7.5).

По вертикальным слепым стволам подъем руды осуществляется в скипах или в вагонетках в клетях, по наклонным — конвейерами. При этом пропускная способность основного ствола сохраняется постоянной, длина же квершлагов, расположенных ниже основного подъемного горизонта, существенно сокращается, но наличие пункта перегрузки, особенно при вертикальных слепых стволах, усложняет схему транспорта.

На практике встречаются случаи, когда на относительно небольшом по территории участке сосредоточено несколько изолированных рудных тел. В этих условиях рекомендуют применять групповое вскрытие, при котором имеются один общий рудоподъемный ствол и концентрационный горизонт (рис. 7.6), на который перепускают полезное ископаемое с вышележащих этажей отдельных руд тел. В результате централизации подъема снижаются расходы на сооружение технологического комплекса на поверхности, на подъем руды и водоотлив.

На отечественных и зарубежных рудниках успешно применяется вскрытие месторождений наклонными стволами с подъемом руды ленточными конвейерами (рис. 7.7). Большим их недостатком является необходимость предварительного дробления руды до размеров не более 200 мм во избежание быстрого износа ленты. Угол наклона конвейеров 16—17°.

Рис. 7.5. Двухступенчатое вскрытие рудного тела:

а —с вертикальными слепыми стволами; б —с наклонными слепыми стволами; /—главный скиповой ствол; 2 — квершлаги; 3 — канатный ходок; 4 — верхний бункер; 5 — машинная камера слепого ствола; 6 — слепой ствол; 7 — рудоспуск; 8 — дробильная установка: 9 — наклонный слепой ствол

Рис. 7.6. Групповое вскрытие рудных тел:

Подготовка рудных месторождений

Шахтные поля месторождений делят на этажи и панели. Этажную подготовку.применяют при разработке крутых и наклонных залежей. Вертикальную высоту этажа принимают равной 60—80 м. Панельная подготовка применяется при разработке пологой залежи ограниченной мощности. Ширина панели колеблется от 50 до 300; м.

Этажи и панели дополнительно делят на блоки. Размеры блоков: длина по простиранию от 30 до 100 м, обычно 40—60 м; высота соответствует высоте этажа, а при панельной подготовке — мощности залежи. Блок представляет собой самостоятельную добычную единицу: в его пределах проводят весь комплекс подготовительно-нарезных и очистных работ.

При подготовке этажных горизонтов крутых залежей средней мощности и мощных применяют штрековую или комбинированную ортовую подготовку. При штрековой подготовке проводят рудный и полевой штреки (рис. 7.9, а), которые соединяют между собой квершлагами. Рудный штрек преимущественно располагают у лежачего бока с тем, чтобы не только обеспечить доразведку участка месторождения, но и уменьшить охранные целики. При ортовой подготовке (рис. 7.9, 6) проводят два полевых штрека: один в лежачем боку, другой—в висячем. Штреки соединяют ортами.

При разработке крутых залежей в качестве воздухоотводящих выработок вентиляционного горизонта используют бывшие откаточные выработки вышерасположенного этажа.

В пределах блока выработки откаточного и вентиляционного горизонтов соединяют одним или несколькими блоковыми восстающими и рудоспусками. Восстающие предназначены для нарезки блоков, проветривания и транспортных целей.

Рис. 7.9. Подготовка этажного горизонта крутой мощной залежи:

а — рудным и полевым штреками; б — ортами

Отработка блоков в этаже возможна как в прямом, так и в обратном порядке. Кроме того, применяется отработка блоков в шахматном порядке (через один — при неустойчивых руде и вмещающих породах и большой мощности рудного тела), в выборочном порядке (при различной качественной характеристике руды), выемка блоков — по всей длине этажа без разрыва или с разрывом во времени.

Подготовка горизонтальных месторождений и близких к ним заключается в проведении панельных штреков, разделяющих шахтное поле на панели, и выемочных штреков, делящих панель на блоки или выемочные столбы. При этом, если угол падения залежи не превышает 3°, применяют рудную подготовку, т. е. штреки проводят по почве полезного ископаемого. При углах падения более 3° и особенно при сложной гипсометрии применяют полевую подготовку — штреки располагают в подстилающих породах (см. рис. 7.2).

При подготовке блоков восстающие и рудоспуски проводят с панельных штреков.

При выборе способа подготовки шахтного поля необходимо учитывать следующие требования:

1. Должен обеспечиваться необходимый резерв вскрытых и подготовленных к выемке запасов.

2. Объем подготовительных работ должен быть минимальным.

3. Затраты на проведение и поддержание подготовительных выработок должны быть минимальными.

4. В процессе подготовки необходимо обеспечивать дальнейшую попутную разведку месторождения.

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 6 7 8910 11 Следующая ⇒