Подэтажное обрушение

ПОДЭТАЖНОЕ ОБРУШЕНИЕ (а. sublevel caving; н. Etagenbruchbau, Zwischen- sohlenbruchbau; ф. sous — niveaux foudroyes; и. hundimiento subnivel, desplome de subgaleria) — система подземной разработки рудных месторождений, при которой блоки отрабатываются сверху вниз подэтажами; руда в подэтажах извлекается принудительным обрушением или самообрушением с заполнением выработанного пространства обрушенными породами.

Подэтажное обрушение применяется при выемке рудных тел мощностью свыше 5 м при крутом падении и свыше 10-20 м при пологом падении, при этом устойчивость рудных массивов и вмещающих пород может быть различной. Благоприятны руды средней крепости, не склонные к самовозгоранию. Допускаются обрушения покрывающих пород и поверхности, а также повышенное горное давление и крупные включения пустых пород или некондиционных руд; ценность руды должна быть умеренной. Доля подэтажного обрушения на подземных рудниках CCCP около 20%. Наиболее широко его применяют в Криворожском железорудном бассейне (около 80%) при разработке мощных месторождений руд средней крепости, на шахтах чёрной и цветной металлургии Урала, Сибири и Казахстана. За рубежом подэтажное обрушение особенно распространено в Швеции, Канаде, США.

Основные варианты подэтажного обрушения: разработка с площадным донным и торцовым выпусками руды. Подэтажное обрушение с площадным выпуском руды известно в нескольких модификациях, отличающихся наличием воронок или траншей в днище блоков. Вариант с отбойкой руды веерообразными комплектами глубоких шпуров или скважин — "закрытый веер" (рис. 1) применяется при разработке более слабых руд средней устойчивости в слабых боковых породах.

Длина блока 50-75 м, высота — 50-70 метров. Высота подэтажа от 8-10 до 15-18 м.

Подэтажи разделяются на панели шириной 10-30 м, отрабатываемые секциями в направлении обычно вкрест простирания от висячего бока к лежачему. По подэтажному орту через 3-5 м вдоль оси располагают двусторонние дучки, которые соединяют затем буровыми заходками. Заходки расширяют до 4 м с последующим образованием в их подошве воронок. Из заходок бурят 3 ряда штанговых скважин глубиной 5-6 метров. Отбитую руду выпускают на подэтажный орт и скреперуют её до восстающего. Следующую секцию длиной 3-5 м обрушают аналогичным образом до окончания выпуска руды из предыдущей секции. Соседние панели вынимают с опережением не менее чем на 2-3 секции. Производительность труда бурильщика 120-150 т в смену, забойного рабочего 35-55 т в смену. Потери руды 15-20%, разубоживание 20-25%. Достоинство — относительно безопасные условия труда при выемке слабых руд, недостаток — трудности механизации и значительный объём подготовительно-нарезных работ.

Вариант с отбойкой руды глубокими горизонтальными скважинами на компенсационные камеры (рис. 2) применяется при выемке залежей мощностью 15-20 м и более, коэффициент крепости руды от 3 до 12, вмещающие породы различной устойчивости.

Высота этажа 60-70 м и более. Блоки располагаются длиной по простиранию до 60 м и шириной (обычно) на всю мощность залежи. По высоте этаж разделяют на несколько подэтажей высотой 20-35 метров. Блок вынимается панелями шириной 16-20 м, длиной равной длине блока. На основном горизонте (рис. 2) располагают полевой штрек и орты, из которых до верхнего подэтажа проходят рудоспуски, а также вентиляционно-ходовые восстающие. Из доставочных подэтажных штреков через 5-5,5 м проходят дучки, а по границам блока — буровые восстающие и из них буровые заходки. Выемка подэтажа предполагает первоначальную подсечку — образование компенсационной камеры взрыванием из дучек мелких шпуров глубиной 3-8 м.

Применяют также траншейную подсечку. Толщина обрушаемых скважинами горизонтальных слоев 3-5 метров. Производительность бурильщика 250-400 т в смену. Выход руды с 1 м скважины 20-40 т. Потери руды 12-15%, разубоживание 10-12%. Достоинства: сравнительно высокая производительность и интенсивность выемки, по сравнению с вариантом "закрытый веер" ниже потери и разубоживание руды, более безопасные условия работы бурильщика. Недостатки: высокая трудоёмкость подготовительно-нарезных работ, сложность применения самоходного бурового оборудования.

Вариант с отбойкой руды вертикальными скважинами на компенсационные камеры (рис. 3) используется для выемки залежей менее устойчивых руд с коэффициентом крепости 4-8; допустимо повышенное горное давление.

Этаж высотой 80 м и более отрабатывается 2-3 подэтажами высотой 30-40 метров. Из подэтажного доставочного штрека проходят выработки для выпуска руды; над ними — буровые выработки (орты), из которых отбивают руду скважинными зарядами взрывчатых веществ. Вертикальную компенсационную камеру создают взрыванием восстающих вертикальных параллельных скважин на первоначально пройденной отрезной восстающей. Руду выпускают последовательно обычно от лежачего бока к висячему на 2-3 доставочные выработки. Производительность труда забойного рабочего около 60 т в смену. Расход взрывчатых веществ на отбойку 0,2-0,25 кг/т (на вторичное дробление 35-50 г/т). Расход подготовительно-нарезных выработок 9-14 м/1000 т; потери руды — 12-15%; разубоживание 10-16%. Достоинство — высокая производительность труда.

Близка к указанному варианту модификация, отличающаяся первоначальной отбойкой на отрезную щель примыкающего к ней массива без обрушения потолочины. По мере отбойки слоев руду из образовавшейся камеры выпускают (таким образом, удаётся извлечь до 50-60% запасов руды в панели). Затем отбивают междукамерный целик и потолочину. Этим достигается некоторое снижение потерь и разубоживания руды.

Для отработки мощных залежей руд средней крепости применяется и вариант с отбойкой наклонными слоями на подконсольное компенсационное пространство, которое образуется между нависающей консолью рудного массива и более крутым откосом ранее отбитой и частично выпущенной руды из смежной панели. Высота блока 60-80 м, подэтажа 30-40 метров. Расстояние между подэтажными выработками 10 м, между выпускными выработками 5 метров. Производительность труда забойного рабочего 60-80 т в смену, потери — 10-12%, разубоживание 10-15%. Достоинства: сокращение нарезных работ и использование штангового бурения.

Вариант с отбойкой руды вертикальными скважинами в зажиме (рис. 4) применяется при выраженной трещиноватости руд, когда высокое горное давление создаёт трудности для образования компенсационных камер.

Этаж высотой 80 м и более разделяется на подэтажи высотой 30-40 метров. Восходящие веера скважины бурят из штрека. Панели извлекают секциями шириной 10-15 м, т.е. одновременно на 2-3 ряда дучек. Необходимое для размещения отбиваемой руды пространство создаётся вследствие уплотнения взрывом ранее обрушенной руды. Поэтому сетка скважин при взрывании в зажатой среде сгущается. Производительность труда забойного рабочего составляет 60 т в смену. Интенсивность выпуска 2,5 т/м² в сутки; расход подготовительно-нарезных выработок 4,7 м/1000 т; потери и разубоживание руды соответственно равны 10-12 и 15-20%. Достоинства: улучшение качества дробления руды, уменьшенные объёмы и трудоёмкость проведения подготовительно-нарезных выработок. Недостатки: увеличенное разубоживание руды, повышенные требования к точности соблюдения параметров отбойки. Варианты подэтажного обрушения с мелкошупуровой отбойкой и древесным матом из-за их низкой эффективности на современных шахтах применяют крайне редко; вариант с самообрушением, когда очистная выемка производится путём самообрушения предварительно подсечённого рудного массива, полностью вытеснен другими технологиями.

Подэтажное обрушение с торцовым выпуском характеризуется отбойкой руды в подэтажах вертикальными или крутонаклонными слоями в зажатой среде ранее отбитой руды и её выпуском под обрушенными налегающими породами непосредственно в подэтажные выработки через их торцы, образующиеся по мере погашения этих выработок.

Вариант с торцовым выпуском руды с небольшой высотой подэтажа — "открытый веер" или "шведский вариант" (рис. 5) применяется для выемки устойчивых руд, позволяющих проводить без крепления выработки сечением 10-12 м².

Высота блока 45-80 м, подэтажа 8-15 м, сечение подэтажных выработок 10-12 м². Расстояние между подэтажными выработками по осям 10-12 метров. На основных технологических процессах используется самоходное оборудование, для доставки которого на подэтажи предусматривают наклонные заезды через 250-400 метров. Для ускоренного вовлечения запасов блока в отработку обычно проходят заезд сверху вниз и по мере углубления его развивают работы в подэтаже. Выемку ведут отступая, как правило, от висячего блока. Отбивают руду веерами скважин диаметром 50-70 мм, вертикальными, либо имеющими наклон 60-80° в сторону массива или обрушения. Последнее — в том случае, если кусковатость отбитой руды существенно меньше, чем у обрушенной породы. После взрывания 1-2 комплектов скважин приступают к погрузке руды погрузочно-доставочными машинами или погрузчиками в самоходные вагоны, которые транспортируют руду из забоя по подэтажным выработкам до блокового рудоспуска. Характерно совмещение горизонтов бурения, выпуска и доставки руды и возможность высокой степени механизации подготовительных и добычных работ. Производительность труда на очистной выемке 80-90 т в смену (до 150 т в смену). Расход подготовительно-нарезных выработок 5-9 м/1000 т. Потери руды 10-15%, разубоживание 10-20%. Достоинства: высокая производительность и интенсивность выемки, сравнительно небольшой объём подготовительно-нарезных работ, конструктивная простота, высокая механизация работ. Недостатки: относительно высокие потери и разубоживание руды.

Подэтажное обрушение с торцовым выпуском руды может применяться с дополнительным буровым горизонтом, располагаемым выше горизонта доставки на 6-8 метров. Образуемый таким образом целик ("козырёк") обуривается и обрушается с отставанием 3-5 м по отношению к обрушаемому массиву подэтажа. Высота этажа 40-80 м, подэтажа 20-40 метров. Сечение выработок бурового горизонта 5-7 м², буродоставочного — 10-12 м². Расстояние между подэтажными выработками по осям 10-12 метров. Из буровых выработок бурят вертикальные веера скважин на всю высоту подэтажа, а из доставочных — обуривают запасы "козырька". Достоинства варианта: независимое ведение буровых и добычных работ, сокращение объёма подготовительно-нарезных выработок при увеличенной высоте подэтажа.

Вариант с фронтально-торцовым выпуском руды (рис. 6) применяется для выемки залежей устойчивых руд.

Высота блока 45-80 м, подэтажа 8-15 метров. Расстояние между подэтажными выработками 15-25 метров. Для разновидности варианта с прямой подсечкой подэтажные выработки располагают через увеличенные интервалы. Подэтажи отбивают вертикальными или крутонаклонными слоями толщиной 3 м из подсечки, которую образуют из подэтажных штреков (ортов) и подвигают вместе с обрушением слоя. Выпуск и погрузку руды ведут с использованием погрузочно-доставочных машин по всей площади подэтажа, в первую очередь, около рудного массива для бурения шпуров на подсечке и улучшения проветривания. Производительность труда рабочего на выпуске около 130 т в смену, на погрузке-доставке до 300 т в смену. Потери руд 3-8%; разубоживание до 15%. Достоинства: по сравнению с соответствующими вариантами улучшаются показатели извлечения, сокращается объём подготовительно-нарезных работ. Недостатки: более жёсткая временная зависимость между операциями бурения, взрывания, доставки, усложнение процесса погрузки из-за уменьшения коэффициента наполнения ковша погрузочно-доставочной машины при работе под углом к навалу породы.