Подземная разработка месторождений

устройство бадьевого подъема; 2 - предохранительное сооружение; 3 - отшивка углубочного отделения; 4 и 5 -машины бадьевого и вспомогательного подъемов соответственно.

III схема углубки используется тогда, когда в самом углубляемом стволе нет места для бадьевого подъема. В этом случае проходят дополнительный короткий слепой ствол или уклон, по которым происходит выдача породы из проходческого забоя. Средняя скорость углубки 11-12 м/мес.

IV схема целесообразна, когда нижний горизонт уже вскрыт другим стволом. Углубляемый ствол сбивают с нижним горизонтом или скважиной большого диаметра, или же гезенком-рудоспуском (пройденным снизу вверх комплексом КПВ), по которым и перепускают породу вниз, а затем выдают ее по другому стволу. Средняя скорость углубки 16 -20 м/мес.

3.14.6. Расчет продолжительности проходческого цикла (вертикальные выработки)

1. Время бурения шпуров, ч,

(129)

где LШП - суммарная длина шпуров, M; N- норма выработки на бурение 10 м,

чел.-ч/10 м;		пперф - число бурильных установок в забое. 2. Время на заряжание и
взрывание, ч,
				(130)
где Qвв – суммарный вес зарядов ВВ, кг; N – норма времени на заряжание, около
300 кг/час; К – коэффициент использования зарядчика, К= 0,2.
3. Время	на	погрузку	породы	пневмопогрузчиками	в	бадью,	ч,

(131)

где VЦ - объем отбитой породы за цикл, М3;N- норма времени на погрузку породы, чел.-ч/м; п - число пневмопогрузчиков, обычно п = 1, Кр- коэффициент разрыхления, равен 1,2-1,3; Кнап - коэффициент наполнения, равен 0,8.

4. Время на подъем и разгрузку бадьи, ч,

tп (132)

где L - высота подъема, м; VБ - вместимость бадьи, м ; Кз - коэффициент заполнения бадьи, обычно Кз = 0,85; Ки – коэффициент использования, Ки = 0,2; v - средняя скорость подъема-опускания бадьи, пусть v = 5 м/с = 18 000 м/ч.

5. Время на крепление выработки, ч,

(133)

где V - количество подаваемого бетона за цикл, м ; NKp - норма времени на крепление в передвижной опалубке, чел-ч/м3.

111

6.Суммарные трудовые затраты, смен,

(134)

(135)

7.Комплексная норма выработки, м /смен,

(136)

8. Скорость подвигания забоя за сутки, м/сут.

где nсм - число рабочих смен в сутки, псм = З-4; пц - число циклов в смену, обычно один цикл; Lуход - уход забоя за цикл, м.

Контрольные вопросы

1.Состав цикла проходческих работ?

2.Проветривание тупиковых забоев?

3.Проведение горизонтальных горных выработок?

4.Взрывная отбойка?

5.Выбор перфораторов?

6.Бурильные установки?

7.Выбор взрывчатых веществ (ВВ)?

8.Средства взрывания (СВ)?

9.Заряжание взрывчатыми веществами?

10.Выбор зарядной машины?

11.Расчет параметров БВР?

12.Доставка и погрузка горнорудной массы?

13.Виды крепи?

14.Управление горным давлением?

15.Расчет продолжительности проходческого цикла?

16.Проведение вертикальных горных выработок?

17.Проходка стволов шахт?

18.Расчет БВР?

19.Крепление ствола?

20.Углубка вертикального ствола?

21.Расчет продолжительности проходческого цикла?

112

			Глава 4
КЛАССИФИКАЦИЯ И ПОРЯДОК ИЗУЧЕНИЯ СИСТЕМ					ПОДЗЕМНОЙ
		РАЗРАБОТКИ
4.1. Принципы построения классификации систем разработки рудных					месторождений
Среди всех других месторождений			полезных	ископаемых рудные месторождения
отличаются исключительным многообразием; соответственно многообразны						и
сложны системы разработки	рудных		месторождений. Только основных			систем
подземной разработки насчитывается до 150.
Важность классификации	систем		разработки как основы для их изучения и
выбора, а вместе с этим особая			трудность	составления такой	классификации
являются общепризнанными.
Однако более чем из двадцати		классификаций,		известных в литературе, ни одна
не признана достаточно совершенной.
Из многих причин, объясняющих		исключительное многообразие систем разработки

рудных месторождений и трудность их классификации, наиболее существенны две. Первая причина заключается в многообразии самих рудных месторождений.

Элементы промышленной характеристики месторождений сочетаются в природе в

настолько многообразных комбинациях, что почти для				каждого		месторождения
создаются особые, специфические условия его эксплуатации.
Очень часто изменение только		какого-либо одного из		элементов характеристики
месторождения, например, только падения,			физических свойств или ценности руды,
устойчивости боковых	пород,	приводит	к переходу		на	другую систему
разработки. Различие	в применяемых системах становится				более существенным,
когда месторождения	отличаются и по углу падения,			и по физическим свойствам

руды, или и мощности руды, и по устойчивости вмещающих пород и др.

Объединяя месторождения в отдельные группы по cxoдству основных элементов их характеристики, можно соответственно этому выделить группы систем разработки, родственных по условиям применения и близких по своей конструктивной характеристике. Различие отдельных систем в группе, обусловленное сходством менее существенных элементов характеристики месторождений, может составлять основу для деления каждой группы систем на подгруппы.

Вторая причина многообразия систем разработки трудности их классификации вытекает из сущности самого понятия «система разработки», которое обобщает очень сложный комплекс производственных операций, составляющих подготовительные и

очистные работы и определенный порядок их ведения.
Для первоначального	изучения систем разработки	рудных	месторождений
классификация должна	удовлетворять в возможно большей степени		следующим
требованиям:

1.В основу разделения систем на классы должны быть положены простые и ясные принципы, вытекающие из важнейших признаков характеристики систем разработки.

2.Классификация не должна быть излишне обширной, и вместе с этим должна охватывать и выделять все основные системы.

3.Являясь основой для целесообразной последовательности изучения отдельных

систем классификация должна определять границы между классами систем, отражать переходные формы и условия перехода от одной системы к другой и, наконец, классификация должна объединять системы в классы и группы так,

113

чтобы была удобна сравнительная их оценка по условиям применения, достоинствам и недостаткам.

Такая классификация систем разработки послужит прочным основанием для их изучения и для правильного выбора систем по заданным условиям.

4.2. Основные классификации систем подземной разработки

Составление классификации систем разработки месторожден и й полезных ископаемых составляет очень трудную и еще не решенную задачу горной науки.

Из получивших наибольшую известность в практике и литературе классификаций систем разработки полезных ископаемых российских авторов следует привести классификации проф. I. И. Трушкова, доц. В. И. Грудева — для рудных месторождений; проф. Б. И. Бокия, акад. Л. Д. Шевякова — для каменноугольных месторождений; проф. Г. А. Цулукидзе — единая для пластовых и рудных месторождений.

Для учебных целей особенно важно объединение систем разработки в классы и группы по таким признакам, которые выражали бы общность горно-геологических условий применения объединяемых систем, близость их основных конструктивных элементов, а также достоинств и недостатков.

Имея в виду это обстоятельство, для изучения систем подземной разработки рудных месторождений в настоящем курсе рассматривается классификация, предлагаемая академиком Агошковым М.И. приведенная в табл. 4.1.

В этой классификации в основу разделения систем на восемь классов принят единый четко выраженный признак, особо важных для конструктивной характеристики систем и условий их применения, — состояние очистного пространства

К	I к л а с с у	— с и с т е м	с о т к р ы т ы м о ч и с т н ы м п ространством —
относятся	системы,	при которых	очистное пространство разрабатываемого блока

(участка), образовавшееся в результате выемки рудного массива, остается во время разработки открытым, т, е. свободным, не заполненным за.ладкой, отбитой рудой, крепью или обрушенными породами. Стенки и кровля открытого очистного пространства поддерживается оставляемыми в рудном теле постоянными или временами целиками руды. Большая устойчивость вмещающих пород и самой руды является обязательным условием для разработки открытым очистным пространством. Величина пролетов отрытого очистного пространства между целиками в зависимости от устойчивости руды и пород изменяется в очень широких пределах — от 3—4 до сотни метров. Иногда в промежутке между целиками, для поддержания отдельных отслаивающихся глыб,

слоев породы,	сооружается искусственная крепь в виде стоек,	распорок	и других
форм, но	эта крепь выполняет вспомогательную роль.	Основным средством

поддержания при системах с открытым очистным пространством всегда служат рудные целики. В некоторых случаях крепь в открытом очистном пространстве сооружается только в качестве платформы для работающих на очистной выемке людей. Такж е может иметь место оставление в отдельных пунктах очистного пространства пустой породы, отобранной из взорванной рудной массы или отбитой отдельно от руды, и частичное магазинирование руды.

114

Таблица 4.1

Классификация систем подземной разработки рудных месторождений

Класс

Наименование класса

Группа

Наименование группы

I.

Системы с открытым

1

Почвоуступные системы разработки

очистным

2

Потолкоуступные

системы

разработки

с

пространством

простой распорной крепью

3

Системы со сплошной выемкой

4

Камерно-столбовые системы

5

Системы подэтажной разработки

II

Системы с

магази-

1

Системы

с

потолкоуступной

шпуровой

нированием руды

в

отбойкой

очистном

простран-

2

-«- отбойкой из

специальных выработок

стве

3

-«- глубокими

минными скважинами

III

Системы разработки

1

Системы разработки горизонтальными

с

закладкой очист-

слоями с закладкой

ного пространства

2

Наклонными слоями

3

Потолкоуступные системы разработки с

закладкой

4

Сплошные системы разработки с закладкой

IV

Системы разработки

1

Системы разработки с усиленной

с креплением очист-

распорной крепью

со станковой крепью

ного пространства

2

V

Системы разработки

1

Системы

разработки горизонтальными

с

креплением

и

с

слоями

по

простиранию с креплением

и

закладкой

очистно-

закладкой

го пространства

2

Системы разработки вертикальными

прирезками и короткими блоками вкрест

простирания со станковой крепью и

закладкой

3

Разработка горизонтальными заходками с

креплением и

закладкой («ортовая

разработка»)

4

Почвоуступная разработка блоками с

VI

Системы разработки

1

Система слоевого обрушения

с

обрушением

2

Столбовые и сплошные системы с с

вмещающих пород

обрушением кровли

VII

Системы разработки

1

Системы подэтажного обрушения: 1) с

с

с

обрушением руды

применением древесного мата;

и

вмещающих

по-

2) без древесного мата

род

2

Блокового подсечного обрушения

3

Принудительного этажного обрушения

VIII

Комбинированные

1

Комбинированные

системы

с

открытыми

системы разработки

камерами

2

С выемкой камер с закладкой

3

С выемкой камер с магазинированием руды.

II класс — систем с магазинированием руды— охватывает системы, у которых очистное пространство блока или выемочного участка в моменты (и по мере)

115

разработки заполняется отбитой рудой, которая полностью выпускается из очистного пространства блока только по окончании отработки блока. Основным средством поддержания при системах с магазинированием руды служат, как и при системах с открытым очистным пространством, рудные целики, оставляемые через определенные интервалы. Замагазинированная руда способствует поддержанию вмещающих пород в пролете между целиками, но роль ее всегда остается вспомогательной. Так же как и для класса систем с открытым очистным пространством, для систем с магазинированием обязательным условием является достаточная устойчивость вмещающих пород и руды.

К Ш классу — систем разработки с закладкой— относятся системы, при которых очистное пространство по мере выемки руды заполняется пустой породой — закладкой. Последняя служит основным средством поддержания вмещающих пород. Крепление в виде стоек, распорок, дверных окладов, костров располагается в рабочем призабойном пространстве и используется лишь в качестве вспомогательного (временного) средства.

В отличие от систем двух первых классов, системы с закладкой применяются в основном при недостаточно устойчивых породах, которые не допускают обнажений на большой площади и оказывают значительное горное давление, которому не способна противостоять крепь.

Системы IV класса — с креплением очистного пространства — характеризуются использованием крепи в качестве основного средства поддержания вмещающих пород и руды в период отработки блока. В практике эти системы имеют очень ограниченное распространение, так как они могут быть применены только в особо

специфических условиях, когда вмещающие породы и руда в общей своей	массе
устойчивы и не оказывают большого горного давления, но могут	давать и

отслоения и вывалы даже при умеренных пролетах обнажения.. деревянная крепь, особенно в сложных составных конструкциях, не способна противостоять значительному горному давлению, зато хорошо служит для предупреждения отслоений и вывалов небольшого размера и веса. Характерна для применения рассматриваемого класса систем разработки с креплением неправильная, капризная форма рудных тел, с частыми выклиниваниями и раздувами, при устойчивой руде и вмещающих породах.

К V классу — систем с креплением		и закладкой — относятся системы, при
которых очистное пространство по мере выемки руды заполняется			закладкой,
дополнив усиливаемой крепью. Последняя выполняет ответственную			в
поддержании вмещающих пород и руды (особенно последней) наравне с			закладкой.
Типичными	условиями применения	систем этого класса являются весьма

неустойчивые вмещающие породы и руда, склонные к обрушению при небольших пролетах и развивающие сильное горное давление. Ввиду высоких расходов по

очистной выемке с закладкой и креплением,	данные системы применяются при
разработке, главным образом, богатых руд ценных полезных компонентов.
Системы VI класса — с обрушением	вмещающих пород — резко

отличаются от систем предыдущих классов тем, что здесь очистное пространство по мере выемки руды погашается в результате намеренно вызванного и yп p ав ляемого обрушения вмещающих пород. При помощи крепи поддерживается необрушенным только небольших размеров рабочее пространство у работающих забоев.

116

В противоположность первым пяти	классам	систем	разработки,	где
неустойчивость вмещающих пород создает	затруднения в		работе, здесь склонность
пород самообрушаться является непременным условием.
Системы VII класса—с обрушением	вмещайщих пород и руды — отличаются
от систем предыдущего класса тем, что здесь,		кроме вмещающих пород,		в

процессе очистной выемки подвергаются управляемому обрушению участки руды, предварительно подсеченные снизу и с боков. В результате обрушения очистное пространство по мере выемки рудного массива заполняется раздробленной на куски рудой и опускающейся вслед за выпуском руды, лежащей на ней, разрушенной пустой породой.

Обрушение руды может происходить только под действием собственного ее веса и горного давления или принудительно под действием зарядов взрывчатых веществ (в.в.), помещенных в обрушаемом массиве руды (обычно в шпурах или скважинах).

Таким образом, по признаку состояния очистного пространства в момент разработки системы VI и VII классов близки между собой. Поэтому их часто, объединяют в один класс систем с обрушением, выделяя лишь внутри этого класса самостоятельные группы систем: 1) с обрушением вмещающих пород и 2) с обрушением руды и вмещающих пород.

Все же разделение этих систем на два самостоятельных класса по признаку состояния очистного пространства имеет полные основания, так как в отличие от систем VI класса, очистное пространство по мере выемки руды заполняется обрушенными вмещающими породами, системы VII характеризуются заполнением очистного пространства обрушенной рудой и лежащей на ней обрушенной пустой породой. Особенно резко эта разница в состоянии очистного пространства систем VI и VII классов проявляется при сопоставлении системы слоевого обрушения и системы блокового подсечного обрушения.

Обрушение руды в больших массах, независимо от того, происходит ли оно под действием горного давления или вызывается действием в. в., составляет вторую, очень важную отличительную особенность систем разработки с обрушением руды и

вмещающих пород и является дополнительным				основанием для выделения этих
систем в самостоятельный класс.
По условиям применения		системы	VII	класса	наиболее близки к системам
VI класса, но в то же время		существенно отличаются от последних				рядом
требований,	предъявляемых	к руде	в связи	с ее	обрушением. Для этих	систем

характерны повышенные потери и разубоживание руды. Поэтому система слоевого обрушения применяется преимущественно для разработки богатых руд, между тем как системы подэтажного и блокового обрушения главным образом (а последние исключительно) в малоценных рудах.

К VIII классу — комбинированных систем — относят системы разработки мощных месторождений, при которых этаж при крутом падении или панель при горизонтальном и пологом падении рудного тела делится на регулярно чередующиеся, относительно близкие по размерам и вместе составляющие выемочный блок камеры и междукамерные целики, вы-рабатываемые последовательно в две стадии разными системами. Обычно камеры вырабатываются снизу вверх в первую очередь, а целики сверху вниз во вторую очередь, по окончании выемки соседних камер.

117

В практике наибольшее распространение получила выемка камер с магазинированием руды; реже камеры отрабатываются с закладкой или с открытым очистным пространством. Выемка междукамерных целиков производится: а) слоевым или подэтажным обрушением; б) подсечным массовым обрушением; в) послойным расстреливанием; г) реже всего — с закладкой.

Комбинированные системы, как это иногда ошибочно полагают, не представляют собой простого сочетания или совместного применения на месторождении одновременно двух самостоятельных систем разработки. Подготовка, нарезка и очистная выемка в камере и междукамерном целике, составляющих выемочную единицу—блок, настолько взаимно связаны во всех производственных операциях и конструктивно неотделимы друг друга, что система разработки блока в целом не может рассматриваться иначе, как единая, новая система. Очень важно при этом, что соединение двух систем разработки в одну — комбинированную, позволяет существенно изменить (часто — pacширить) область применения каждой из основных систем и достичь высоких техникоэкономических показателей, которые в данных условиях для каждой из основных систем недостижимы. В этом заключается важнейшая практическая особенное

комбинированных систем разработки.
Разделение систем каждого класса на	группы	базируете на признаках не

одинаковых для разных классов, но> достаточно выдержанных в рамках каждого класса.

Так, для разделения систем I, III и V классов, принят признак — направление и порядок очистной выемки в этаже или блоке. В основу разделения систем II класса на три группы положен признак — способ отбойки при очистной выемке. Системы IV класса разделены на две группы по конструкции крепи. Признаком для выделения двух групп в VI классе систем разработки принято разделение выемочного участка на блоки (столбы), отрабатываемые сразу на всю мощность рудного тела или разделение блока при очистной выемке на отдельные слои. Для разделения на три группы систем VII класса использован порядок и способ обрушения руды. В основу

разделен на три группы комбинированных систем положен способ	очи стной выемки
в первой стадии отработки блока — при выемке камер.
Дальнейшее разделение систем в пределах каждой групп,	классификации не

приводится, так как это сильно усложнило бы классификацию. Разделение систем в группе на вариант виды и отдельные системы будет дано в процессе их описания.

В настоящее время широкое распространение получила классификация систем разработки по ПТЭцветмет приведенная в таблице 4.2.

			Таблица 4.2.
N	Классы систем	Системы разработки	Общие условия применения
п/п	С открытым	1.Потолкоуступная	Руда и вмещающие породы
1
	очистным простран-	2.Сплошная	устойчивые; руды не богатые
	ством	3.Камерно-столбовая	вследствие довольно' больших
		4.Подзтажных	потерь
		штреков(ортов)
		5.Этажно-камерная

118

2	С магазинированием	1.С магазинированием	Вмещающие породы устойчивые,
	РУДЫ	руды блоками	руды устойчивывые склонные к
		2.С магазинированием	слеживанию и самовозгоранию
		и отбойкой руды
3	С закладкой	1.Горизонтальных	Ценные руды; большое горное
		слоев о закладкой	давление; сложные горно-
		2.Сплошная с	геологические условия;
		однослойной выемкой и	необходимость сохранения зем-
		закладкой а. Столбовая	ной поверхности
4	С креплением	1.С распорной крепью	Сложные горно-геологические
		2.С рамной крепью	условия; ценные руды
		3.Сплошная с
		однослойной выемкой и
5	С обрушением	1.Подэтажное	Неустойчивые вмещающие породы;
		обрушение 2.Этажное	руды бедные; земная поверхность
		обрушение	допускает деформации. обрушения
		3. Слоевое обрушение
		4.Столбовые с
6	Комбинированные	1.С магазинированием	Для расширения области
		и креплением	применения систем с
		2.С закладкой и	магазинированием и с закладкой;
		креплением	для выемки целиков
		З.С магазинированием

При разработке руд цветных металлов, как правило, пользуются именно этой классификацией.

Показатель эффективности применения К может быть определен следующим образом :

К = Ки Кк (137)

где Ки - коэффициент извлечения, д.ед.; Кк - коэфициент качества добытого полезного ископаемого, Кк = а/с, здесь а - содержание полезного компонента в рудной массе, %; с - фактическое содержание полезного компонента в рудном массиве, %..

Так как пределом полноты извлечения, качества добытого полезного ископаемого и уровня механизации является единица, показатель эффективности должен стремиться к единице. При других равных технико-экономических показателях предпочтение может быть отдано варианту системы разработки, более высокий показатель эффективности.

4.3. Порядок изучения систем разработки
Изучение каждой	системы	разработки	должно	складывать ся из следующих
основных элементов:
1) рассмотрения условий, при которых применяется данная система,						и области ее
распространения в практике;
2) конструктивного	описания типичного		варианта		систем	и основных
производственных операций при		подготовительных и очистных работах;
3) описания видоизменений — вариантов системы по				различным признакам;
4) технико-экономической характеристики системы				и сравнительной ее оценки с
другими системами, аналогичными п о условиям применения.
						119

4.3.1. Условия применения систем разработки

Почти для каждой системы разработки существуют определенные оптимальные условия, при которых она дает наилучший технико-экономический эффект и является наиболее приемлемой по сравнению с другими.

Отклонения от оптимальных условий, нередко наблюдающиеся в практике, если они не являются по тем или иным причинам неизбежными, вынужденными, нужно рассматривать как нарушение основных правил эксплуатации месторождений.

Факторами, характеризующими область применения любой системы разработки, являются:

1)пространственная характеристика рудного тела (форма, мощность и угол падения);

2)физические свойства руды, боковых и покрывающих пород, характер контакта рудного тела с породой;

3)ценность руды и характер распределения в ней металла, наличие включений

впромышленной руде пустой породы или непромышленной руды, оруденение боков, наличие ответвлений с промышленным содержанием;

4)геологические нарушения и водоносность пород, степень разведанности месторождения;

5)местные условия: ценность поверхности и допустимость ее обрушения, наличие и стоимость крепежных и закладочных материалов;

6)требования процесса обработки (обогащения или металлургии), необходимость

разделения руды по сортам, крупность кусков руды.

Среди приведенных условий трудно выделить главные и второстепенные.

Степень влияния каждого			из них для		отдельных систем разработки изменяется
очень	сильно.	Применение	одних	систем		наиболее	жестко обусловливается
определенной		мощностью или		углом падения рудного тела, но они могут
применяться при самой разнообразной ценности руды или							крепости боковых пород;
другие	применимы только		при	определенной ценности руды ил и характере
боковых пород, но могут			применяться при любом угле падения и т. д. Фактор,

являющийся второстеленным для одних систем, может быть решающим для др угих.

Уяснить степень важности каждого фактора можно				только при	непосредственном
изучении отдельных систем разработки.
4.3.2. Конструктивная и		технико-организационная			характеристика
системы и ее видоизменений
Изложение конструкций отдельных			систем	разработки и производственных
операций трудно	подчинить	какой-либо постоянной последовательности или схеме.
Придерживаясь в дальнейшем в методических целях по возможности постоянной
схемы изложения,	ограничимся лишь перечислением основных вопросов, которые

должны быть усвоены при изучении каждой системы разработки. К числу этих вопросов относятся:

1) последовательность выемки этажей и общий порядок подготовки этажа;

2)расположение, назначение, оборудование и порядок проходки выработок, подготавливающих этажи блок к очистной выемке;

3)способ очистной выемки в стадии начала, полного развития и погашения выемочного участка (блока); последовательность выемки блоков;

120