Комбинированная системы разработки

КОМБИНИРОВАННАЯ СИСТЕМА РАЗРАБОТКИ (а. соmbined mining method; н. kombiniertes Abbauverfahren; ф. methode mixte d'exploitation; и. sistema соmbinada de beneficio, sistema соmbinada de explotacion) — отработка подготовленной к выемке части залежи полезного ископаемого с применением различных систем разработки или их элементов. При подземном способе используется на мощных залежах руд различной крепости, в случаях, когда не может быть обеспечена их эффективная разработка с помощью одной системы. При этом этаж делят на регулярно чередующиеся близкие по ширине камеры, целики и междукамерные целики, располагаемые длинной стороной вкрест простирания рудного тела. В зависимости от системы, применяемой для выемки камер, выделяются варианты комбинированных систем разработок (табл.). Камеры отрабатывают снизу вверх в первую очередь, а целики сверху вниз во вторую (после выемки соседних камер). При подэтажной или этажной выемке возможны: обрушение одного-двух междукамерных целиков и потолочин вместе с днищем вышележащего этажа на незаполненные камеры и последующий выпуск руды под обрушенными горными породами; обрушение междукамерного целика, а также потолочин и выпуск руды с последующей отработкой днища камеры подэтажным обрушением; обрушение потолочины на незаполненную камеру и выпуск руды с последующей отработкой междукамерного целика подэтажным или слоевым обрушением.

При выемке камер системами с магазинированием междукамерные целики отрабатывают в окружении замагазинированной руды (по мере её выпуска) путём послойного разрушения целика сверху вниз (рис. 1) или массового обрушения после нижней подсечки.

При выемке камер с закладкой целик, окружённый с двух сторон закладочным материалом, отрабатывается слоевым или подэтажным обрушением (рис. 2).

Технико-экономические показатели комбинированных систем разработок рудных залежей зависят от сочетания методов очистной выемки, применяемых в первой и во второй стадиях отработки блока. Объединение систем разработки камеры и целика расширяет область использования каждой из систем и позволяет получить показатели, не достижимые для отдельных систем в данных условиях. При сочетании систем с открытым очистным пространством в первой стадии с массовым обрушением во второй, потери и разубоживание увеличены. Магазинирование при выемке камер с массовым обрушением целиков снижает потери и разубоживание за счёт более благоприятных условий выпуска обрушенной руды. Закладка камер повышает извлечение руды и снижает разубоживание, особенно в тех случаях, когда отработка междукамерного целика и потолочины производится слоевым обрушением или с закладкой.

При подземной разработке угольных месторождений комбинированные системы разработки применяют, когда использование какой-либо одной системы технологически, технически или экономически нецелесообразно. На пологих тонких и средней мощности пластах распространены камерно-столбовая система разработки (США, Австралия) и система разработки парными штреками (CCCP), а на мощных крутых и наклонных пластах (CCCP) — комбинированная с гибкой оградительной крепью (перекрытием).

Система разработки парными штреками применяется, как правило, на пологих и тонких пластах (обычно мощностью до 0,8-1 м) при панельном способе подготовки или (реже) при этажной подготовке шахтных полей с небольшими размерами по простиранию (до 1,5 км на одно крыло), обусловленными необходимостью двукратного использования ярусных (этажных, подэтажных) штреков. После завершения подготовки в панели, шахтном или выемочном поле прямым ходом (т.е. при сплошной системе разработки) от бремсберга или уклона к границам панели (шахтного поля или выемочного поля) первоначально отрабатывают несколько ярусов, этажей или подэтажей с чётными (нечётными) номерами. Вентиляционные и транспортные штреки проводят общим угольным забоем с лавой (последние — иногда отдельно от забоя лавы). Порода, получаемая при этом, обычно размещается в выработанном пространстве над нижним и под верхним выемочными штреками в виде бутовых полос. Затем, обратным ходом (от границ панели, шахтного или выемочного поля) к бремсбергу или уклону, с использованием ранее пройденных выемочных штреков, отрабатывают образовавшиеся столбы угля, т.е. ярусы, этажи, подэтажи с нечётными (чётными) номерами (рис. 3).

Применение системы позволяет сократить расходы на проведение выработок и повысить полноту извлечения угля из недр, обеспечить обособленное проветривание очистных забоев и значительную нагрузку на панель, шахтное поле. Система разработки парными штреками распространена в Донецком бассейне где на её долю приходится около 11-12% добычи угля. В Печорском бассейне применяют вариант системы парными штреками с направлением подвигания очистного забоя по падению или восстанию пласта; доля участия этой системы разработки в общей добыче угля в бассейне не превышает 5-7%.

В системе разработки с гибкой оградительной крепью (перекрытием) мощный (более 5 м) крутой или наклонный пласт угля делится на два наклонных слоя. Верхний слой толщиной 1,5-2 м отрабатывается длинными столбами по простиранию с разделением этажа на два-три подэтажа без оставления целиков угля между ними. Длина выемочного поля 80-100 м. В процессе очистной выемки угля в верхнем слое на его почве монтируется гибкая оградительная крепь (перекрытие) из металлических полос 50х3,2 мм, укладываемых решёткой 20х25 см; на эту решётку в три ряда (два впереплёт, третий по падению пласта) настилается металлическая сетка. Очистные работы в верхнем слое ведутся с обрушением пород кровли. Надёжность перекрытия и безопасность работ под ним во многом зависят от полноты заполнения выработанного пространства обрушенными породами. В связи с этим применение системы разработки с гибкой оградительной крепью наиболее эффективно в тех случаях, когда породы кровли пласта легко поддаются обрушению.

Второй слой отрабатывается под защитой оградительной крепи с разделением на подэтажи. Каждый подэтаж (наклонной высотой до 10 м) оконтуривают двумя подэтажными штреками (транспортным и вентиляционным), проводимыми у почвы пласта, и двумя горизонтальными ходками со стороны перекрытия. Подэтажные штреки соединяют между собой через каждые 6 м углеспускными скважинами или печами, служащими также для проветривания забоев штреков при их проведении. Подэтажные штреки и ходки сбивают ортами на транспортных и вентиляционных горизонтах. Очистные работы в подэтажах осуществляют посредством буровзрывных работ. Выемку угля в подэтажах ведут от границы выемочного поля к промежуточному квершлагу, а подэтажи отрабатывают в направлении сверху вниз с опережением 15-20 м.

Достоинство системы — её пригодность для разработки участков месторождений со сложными горно-геологическими условиями, недостатки — значительный удельный объём проведения выработок, высокая трудоёмкость работ, трудноуправляемое проветривание, большие потери угля (свыше 30%), высокая пожароопасность. Вследствие этого система, созданная применительно к условиям Прокопьевско-Киселёвского района Кузнецкого бассейна не получила широкого распространения.

При открытом способе комбинированная система разработки используется в основном на горизонтальных и пологопадающих пластообразных месторождениях ограниченной мощности с мягкими или средней крепости покрывающими породами, когда из-за недостаточных размеров рабочего оборудования (экскаваторов, консольных отвалообразователей, транспортно-отвальных мостов) или малой ёмкости внутренних отвалов месторождения невозможно отрабатывать только по одной бестранспортной или транспортно-отвальной системе с непосредственным перемещением пород в выработанное пространство карьера. При проектировании комбинированных систем разработок мощность вскрышных пород по вертикали разделяется на зоны с таким расчётом, чтобы нижнюю можно было разрабатывать по бестранспортной или транспортно-отвальной системе с непосредственным перемещением породы в выработанное пространство карьера, а верхнюю — по транспортной с перевозкой породы во внутренние или внешние отвалы. При комбинированной системе разработки стремятся большую часть вскрыши отработать по наиболее экономичной бестранспортной или транспортно-отвальной системе разработки, для чего принимают оборудование с максимальными рабочими параметрами. Для обеспечения равномерного подвигания фронта работ на нижних и верхних уступах и достижениях хороших технико-экономических показателей предусматривают горнотранспортное оборудование, производительность которого соответствует годовому объёму работ на уступе.

На современных карьерах применяются несколько вариантов комбинированных систем разработок: бестранспортная система разработки на нижних горизонтах, транспортная — на верхних; транспортно-отвальная — на нижних горизонтах и транспортная — на верхних; бестранспортная — на нижних горизонтах, транспортно-отвальная — на вышележащих и транспортная — на верхних горизонтах.

В первом варианте при разработке вскрыши могут быть использованы вскрышная мехлопата или драглайн для простой перевалки в выработанное пространство или работ с переэскавацией. Верхние уступы в зависимости от свойств горной породы могут разрабатываться одноковшовыми экскаваторами с железнодорожным или автомобильным транспортом на внутренние, внешние отвалы или одновременно на те и другие. При мягких породах используют роторные или цепные экскаваторы с конвейерным транспортом. Наносы на верхнем горизонте могут разрабатываться средствами гидромеханизации с трубопроводным транспортом на внешние отвалы. На отвале для наиболее полного использования выработанного пространства отвалообразование может производиться с нижней и верхней отсыпкой отвалообразователем или абзетцером. Вариант этой системы разработки применяется, например, на Приднепровском марганцевом карьере и на угольных карьерах восточной Сибири.

Во втором варианте комбинированных систем разработок нижний уступ предусматривается отрабатывать роторным или цепным экскаватором с консольным отвалообразователем или транспортно-отвальным мостом с перемещением вскрыши в выработанное пространство, а верхние уступы — одноковшовыми экскаваторами с железнодорожным или автомобильным транспортом, роторными или цепными экскаваторами с конвейерным транспортом в основном по внутреннему отвалу. Вариант этой системы разработки применяется, например, на Шевченковском карьере.

В третьем варианте при особых горно-геологических условиях нижний вскрышной уступ отрабатывают вскрышными мехлопатами или драглайнами, вышележащий уступ — роторным экскаватором с консольным отвалообразователем или цепным экскаватором с транспортно-отвальным мостом, а самый верхний уступ — одноковшовыми или многоковшовыми экскаваторами с железнодорожным, автомобильным или конвейерным транспортом. В этом варианте при небольших объёмах работ на верхних уступах могут применяться скреперные агрегаты или средства гидромеханизации.

Комбинированные системы разработки широко используется на буроугольных карьерах ГДР. Общие достоинства комбинированных систем разработок: рациональное использование земельных площадей, отводимых под карьерное поле; возможность рекультивации в процессе разработки залежи; минимальные расстояния для перевозки вскрышных пород на отвалы и высокая производительность труда.