Этажное обрушение

ЭТАЖНОЕ ОБРУШЕНИЕ (а. level caving; н. Sohlenbruchbau; ф. blocs foudroyes; и. hundimiento рог piso, desplome por nivel, derrumbe por planta) — система подземной разработки рудных месторождений, при которой выемка осуществляется на высоту этажа путём принудительного обрушения или самообрушения руды, а выпуск её производится самотёком или с помощью специальных побудителей под обрушенными породами, заполняющими выработанное пространство.

Этажное обрушение применяется при разработке средней мощности и мощных крутопадающих или весьма пологопадающих месторождений руд различной крепости и устойчивости, относительно не богатых, не слёживающихся и не склонных к окислению и самовозгоранию. Благоприятны мелко-трещиноватые руды средней крепости при более устойчивых вмещающих породах. Высота этажа при этажном обрушении от 50-60 до 100-150 м.

Доля применения этажного обрушения (по объёмам добычи) на рудных шахтах CCCP около 27% (Украина, Урал, Сибирь, Казахстан, Кольский полуостров); за рубежом этажное обрушение распространено в Австралии, Канаде, США, Чили.

Основные варианты этажного обрушения: разработка с принудительным обрушением руды (с предварительным образованием компенсационного пространства и без него — с отбойкой руды в зажатой среде), с самообрушением руды.

Этажное принудительное обрушение с предварительным образованием компенсационного пространства характеризуется расположением компенсационных камер (горизонтальные, вертикальные) и их количеством, размещением взрывных скважин в обрушаемом массиве (горизонтальные, вертикальные, наклонные, пучковые), типом днищ блоков (с донным или торцовым выпуском руды).

В пределах блока путём взрывной отбойки образуют компенсационные камеры, после чего массовым взрывом на всю высоту блока обрушают его основную часть. Объём компенсационных камер выбирается из условий разрыхления взрывом остальной части блока и составляет в среднем 30% (изменяясь на практике от 18-20 до 35-40%) всего объёма блока. Отбойка руды скважинная, редко минная. Горизонты вторичного дробления и доставки чаще всего совмещены.

Вариант с обрушением руды на горизонтальные компенсационные камеры (рис. 1) применяют при разработке мощных и средней мощности залежей руд различной крепости с устойчивостью, обеспечивающей сохранность кровли компенсационных камер до начала выемки основного массива. Длина блока 30-50 м, ширина 20-50 м, высота 50-80 м. Над горизонтом подсечки формируют несколько компенсационных камер высотой 8-15 м, площадью, обеспечивающей их устойчивость до начала обрушения блока. Подсечку и образование компенсационных камер осуществляют взрыванием шпуров, пробуренных из рудовыпускных дучек, или вертикальных вееров скважин, в свою очередь пробуренных из горизонтальных выработок на горизонте подсечки. Одновременно с подготовкой и подсечкой блока в рудном массиве из выработок или камер послойно через 3,5-4,5 м бурят горизонтальные скважины, располагаемые параллельно или веерообразно. Продолжительность обуривания блока в среднем 3-5 мес. Все скважины заряжают одновременно; взрывание короткозамедленное. Массовый выпуск руды осуществляется под обрушенными породами; для доставки используют скреперные, вибрационные установки, самоходные погрузочно-доставочные машины.

Удельный объём подготовительно-нарезных работ 4-6 м/1000 т; удельный расход взрывчатых веществ на отбойку 0,3-0,6 кг/т, на вторичное дробление 0,05-0,12 кг/т; потери руды 15-20% и более, разубоживание 14-20%.

Вариант с обрушением руды на вертикальные компенсационные камеры (рис. 2) применяют обычно при отработке мощных залежей руд средней и выше средней крепости.

В пределах выемочного блока шириной 30-70 м образуют вертикальные компенсационные камеры шириной от 3-4 до 10-15 м путём взрывания комплектов нисходящих или восходящих скважин на предварительно пройденный отрезной восстающий. Основная часть блока разбуривается нисходящими (с вышележащего откаточного горизонта) или восходящими (со специальных буровых горизонтов) скважинами диаметром 100-160 мм глубиной обычно до 40-50 м. Скважины часто располагают пучками, число скважин в пучке в зависимости от крепости руды 12-25, расстояние между пучками 6-8 м; применяется короткозамедленное взрывание. Более равномерное распределение взрывчатых веществ в рудном массиве достигается за счёт параллельно-сближенного и встречно направленного расположения скважинных зарядов. Массовому обрушению блока предшествует его подсечка снизу на высоту 2 м. Горизонт выпуска-доставки и буровой горизонт могут совмещаться. Днища блоков включают выпускные воронки или траншеи и предусматривают использование для выпуска и доставки руды до откаточного горизонта скреперных установок, самоходного оборудования или вибрационных устройств.

Удельный объём подготовительно-нарезных работ 3-5 м/1000 т; удельный расход взрывчатых веществ на отбойку 0,35-0,5 кг/т, на вторичное дробление 0,07-0,1 кг/т; потери 15-18%, разубоживание 15-20%.

Этажное принудительное обрушение без предварительного образования компенсационного пространства с отбойкой руды в зажатой среде характеризуется, в отличие от предыдущих вариантов, одностадийной выемкой блоков или секций (без последовательных стадий по выемке компенсационных камер, обрушению потолочин и т. п.) путём принудительного, послойного обрушения массива на всю высоту этажа на откос ранее обрушенной породы или руды с последующим частичным, затем и полным выпуском отбитой рудной массы.

Система применяется обычно в рудах выше средней крепости при мощности залежей более 20-25 м. Успешность отбойки в зажатой среде обусловливается как определённой степенью трещиноватости массива, так и образованием в результате взрыва вблизи забоя разрыхлённой зоны или щели шириной около 1 м (результат уплотнения зажимающего материала со смещением взорванной руды на 2-3 м), Обрушение чередуется с частичным выпуском — для компенсации приращения объёма руды из-за разрыхления её в процессе отбойки. Лучшие результаты достигаются при выемке трещиноватых руд и отбойке их слоями увеличенной толщины (до 8-12 м) в зависимости от высоты обрушаемого участка.

Вариант с отбойкой руды в зажатой среде и площадным выпуском руды (рис. 3) применяют чаще в мощных крутых залежах крепких руд, также для выемки весьма мощных наклонных залежей руд средней крепости.

Блоки (секции) обуриваются из подэтажных выработок скважинами диаметром 80-100 мм, глубина до 30-35 м. Обрушению выемочного участка предшествует его подсечка снизу на высоту 2-3 м для защиты днища от сейсмического действия взрыва или большей высоты (до 6-8 м) для снижения плотности руды при отбойке в зажиме. Днища блоков при площадном выпуске включают выпускные траншеи или воронки и дучки, а также погрузочно-доставочные выработки — при использовании самоходного оборудования. Удельный объём подготовительно-нарезных работ не превышает обычно 3 м/1000 т, удельный расход взрывчатых веществ на отбойку 0,4-0,5 кг/т, на вторичное дробление 0,1 кг/т. Потери и разубоживание руды 10-20% и выше.

Вариант с отбойкой руды в зажатой среде и торцовым выпуском руды (рис. 4) применяют при ограниченной высоте этажа и достаточной устойчивости рудного массива.

Горизонт выпуска представлен параллельными горизонтальными выработками (штреками и ортами), с подошвы которых производится погрузка руды, отбитой скважинами в зажиме в отступающем порядке вертикальными или крутонаклонными слоями по всей высоте выемочного участка (от уровня горизонта выпуска). После отбойки каждого слоя выпускают всю руду. Выпуск руды с помощью самоходного оборудования или вибропитателей осуществляют через торец доставочной выработки. Возможен выпуск через короткие выработки в целике над доставочной выработкой, погашаемой по ходу отбойки и выпуска. Толщина отбиваемого слоя 8-12 м; зависит от высоты этажа. Beepa взрывных скважин бурят из доставочных выработок (восходящие пучки) и из подэтажных выработок.

Эффективность варианта обусловливается возможностями максимального извлечения (количественного и качественного) руды при выпуске. В этом отношении благоприятна отбойка наклонными слоями под углом 70-75° в сторону откоса взорванной руды, что возможно лишь при достаточно устойчивом массиве. При этом варианте этажного обрушения осуществляется местная отсасывающая вентиляция торцовых забоев, применяются также спаренные с добычными специальные вентиляционные выработки. Расход подгодовительно-нарезных выработок 1,5- 3 м/1000 т, суммарные потери и разубоживание 20-30%.

Этажное обрушение с самообрушением руды (рис. 5) заключается в самообрушении выемочных блоков руды значительной горизонтальной площади на всю высоту этажа (70-100 м).

Применяется в мощных залежах для руд невысокой ценности, способных при подсечке на большой площади самообрушаться и дробиться на сравнительно небольшие куски. При этом самообрушается не весь подсеченный массив руды, а только его часть в границах свода естественные равновесия, перемещающегося по вертикали. Последнее достигается боковой вертикальной отсечкой частично или на всю высоту этажа, ослабляющей связь выемочного блока с окружающими породами. После подсечки выемочного блока на высоту до 3-4 м через 1-3 месяца начинается самообрушение руды. После заполнения пространства подсечки и прекращения самообрушения руду через рудоспуски выпускают на горизонт вторичного дробления и доставки.

Боковую отсечку производят с одной-двух и реже со всех четырёх сторон, в зависимости от наличия рядом отработанных участков и от физико-механических свойств руды. Наиболее распространена отсечка путём проходки по углам блока восстающих и из них через 8-12 м по вертикали подэтажных горизонтальных выработок (окаймляющих) или коротких буровых заходок (с последующим бурением из них отрезных взрывных скважин). Известна также отрезка блоков путём создания по их вертикальным границам узких (1,5-3 м) окаймляющих магазинов.

Применяют последовательный и шахматный порядок выемки блоков. Наименьшие потери и разубоживание обеспечиваются при выемке блоков, окружённых со всех сторон рудным массивом. При хорошо обрушающихся и неустойчивых рудах целесообразна выемка панелями шириной 20-60 м и длиной 150-300 м, обрушение ведётся в несколько панелях с опережением, обеспечивающим уплотнение обрушенных пород после выпуска руды в очередной панели.

Эффективность системы этажного самообрушения зависит от реализации планомерного и интенсивного выпуска руды по площади блока, обоснованного соотношения объёмов и времени подсечки и боковой отсечки выемочных участков. В соответствующих горно-геологических условиях при этом варианте этажного обрушения производительность труда забойного рабочего составляет 50-100 т в смену, потери и разубоживание руды 12-25%, расход подготовительно-нарезных выработок 1,5-3 м/1000 т. Недостатки этажного самообрушения связаны с жёсткими условиями применения, которые могут повлечь значительные потери руды, а также с большими затратами времени на развитие процесса самообрушения руды и сложностью его регулирования.