Слоевая выемка

СЛОЕВАЯ ВЫЕМКА (а. bench mining, slice mining; н. Scheibenabbau; ф. exploitation par tranches; и. explotacion par tramos, arranque por estratos) — разработка толщи горных пород с последовательной их выемкой слоями.

На карьерах производится при большей, чем высота черпания выемочно-погрузочного оборудования, мощности толщи горных пород. Уступ разрабатывают горизонтальными, наклонными или крутыми слоями. Слоевую выемку горизонтальными слоями применяют в основном для разработки полускальных горных пород и осуществляют с помощью рыхлителей и бульдозеров. При этом высокий уступ послойно рыхлят, разрыхлённые горные породы сталкивают под откос. Далее они перемещаются под собственным весом к подошве уступа, где их отгружают на средства транспорта экскавационным оборудованием.

Слоевая выемка наклонными слоями применяется в основном для разработки мягких горных пород с использованием бульдозеров, скреперов и малогабаритных роторных экскаваторов (см. Поперечно-наклонными слоями выемка).

Слоевая выемка уступа крутыми слоями в отличие от вышеприведённых способов предусматривает гравитационное перемещение пород по подошве слоя, в связи с чем угол её наклона близок к углу естественного откоса разрыхлённых пород. Толщина слоя зависит от применяемого оборудования и составляет: до 0,5 м — для виброклиновых установок, до 1 м — для фрезерных экскаваторов, до 5-6 м — для обрушающе-погрузочных комплексов. По степени использования сил гравитации наиболее эффективным является применение последних видов оборудования. При этом обрушающий механизм, перемещаясь по уклону с помощью тяговых канатов, производит подрезку крутого слоя консольно расположенным штанговым рабочим органом. При определённой площади подрезки вертикальные блоки породы обрушаются на подошву слоя, рыхлятся и гравитационно перемещаются к подошве уступа. Скатившаяся разрыхлённая порода отгружается малогабаритной погрузочной машиной.

К достоинствам рассмотренных способов слоевой выемки относятся: возможность разработки высоких уступов малогабаритным экскавационным оборудованием, концентрации горных работ, сокращения количества транспортных горизонтов, снижения энергозатрат на разрушение горных пород за счёт использования сил гравитации. Это позволяет обрушающе-погрузочным комплексом, например, отрабатывать уступы высотой до 50 м при уменьшении в 3-5 раз металлоёмкости по сравнению с традиционным экскавационным оборудованием.

В случае крутопадающих и вытянутых в плане месторождений вся толща залежи, предназначенная для разработки открытым способом, последовательно разделяется на ряд горизонтальных слоев. Мощность каждого слоя определяется из условия обеспечения производственной мощности карьера. Слой разрабатывают уступами в направлении от одного фланга к другому. При этом полезные ископаемые вывозят из карьера, а вскрышные породы размещают в выработанном пространстве. Затем на фланге производят углубку карьера на величину, равную высоте следующего слоя, и горные работы развивают в противоположном направлении. Ранее отсыпанные вскрышные породы переэкскавируют и совместно с породами от разбортовки карьера укладывают в выработанном пространстве (рис.).

Далее работы повторяются. В результате такой слоевой выемки исключается перемещение вскрыши на внешние отвалы, что сокращает дальность внутрикарьерных перевозок в 2-3 раза. Кроме того, резко уменьшаются площади земель, отводимые для размещения внешних отвалов (до 2-4 км² на каждом карьере). Масштабы применения слоевой выемки как элемента ресурсосберегающих технологий в перспективе будут возрастать.

На шахтах принципы слоевой выемки реализованы в ряде систем разработки рудных и угольных месторождений. При отработке рудных залежей горизонтальными или слабонаклонными слоями с закладкой выемка производится снизу вверх слоями высотой 2-3 м и больше при использовании современного самоходного оборудования. Закладку выработанного пространства выполняют в целях поддержания боков рудного тела и создания площадки для ведения очистных работ. Работы могут вестись как по простиранию, так и вкрест простирания рудного тела. Отбойка каждого слоя ведётся одним или несколькими забоями на массив затвердевшей закладки или настил, устраиваемый на закладочном материале, который подаётся в выработанное пространство вслед за продвиганием забоев в слое или после полной отработки каждого слоя руды. Применяется при различных углах падения и мощности залежей, при устойчивой руде и слабых вмещающих породах.

Отработка рудных залежей наклонными (30-40°) слоями с закладкой позволяет транспортировать руду до рудоспусков и размещать закладочный материал в очистном пространстве самотёком. Выемку наклонными слоями обычно применяют при мощности рудного тела менее 3-4 м, т.к. в широком наклонном забое трудно следить за состоянием кровли. Отбойка руды ведётся шпурами или глубокими скважинами. В первом случае отработка каждого слоя осуществляется узкими забоями, во втором — длинными забоями с направлением выемки по простиранию или вкрест простирания. Разработка наклонными слоями целесообразна только при устойчивых обнажениях рудных массивов, невозможна при слабых боковых породах.

При неустойчивых, сильно раздробленных и трещиноватых рудах применяется нисходящая выемка горизонтальными, а чаще слабонаклонными слоями с последующей закладкой. Особенностью этой технологии является то, что очистные работы ведутся под искусственной кровлей, образованной твердеющей закладкой вышележащего слоя.

При самообрушающихся покрывающих породах месторождения отрабатываются слоями высотой 2-3,5 м сверху вниз с последующим (по мере выемки руды в каждом слое) обрушением вмещающих пород для заполнения ими выработанного пространства. Выемка слоёв ведётся заходками или лавами под защитой настила вышерасположенного слоя и мата. Выемка руды может вестись также под щитами, опускающимися под действием собственной массы и вышележащих обрушенных пород.

Отработку пологопадающих рудных тел при слабых и сыпучих покрывающих породах можно вести путём однослойной выемки на всю мощность рудного тела, с обрушением кровли. При этом шахтное поле разделяется панельными и выемочными штреками на длинные (от 200 до 800 м) столбы шириной 20-80 м. Отбитая в очистных забоях руда доставляется до панельных или главных штреков для погрузки её в рудничные вагонетки или на конвейеры. Столбы отрабатывают заходками или забоем-лавой в направлении от границ шахтного поля к панельным штрекам. Различают два способа расположения заходок относительно выемочного штрека — одностороннее и двухстороннее. Как правило, заходки проходят перпендикулярно к штреку, но возможно их диагональное расположение.

На угольных месторождениях слоевая выемка применяется на мощных пологих, наклонных и крутых пластах. Ведётся она наклонными, горизонтальными и поперечно-наклонными слоями. Слоевая выемка пологих и наклонных пластов мощностью свыше 5 м выполняется наклонными слоями. Толщина каждого из них, как правило, 2,2-2,7 м при использовании в лавах индивидуальных крепей или согласована с высотой механизированных крепей. Выемка слоёв ведётся длинными столбами; при этом на пластах с неслёживающимися обрушенными породами — как правило, одновременно с опережением очистных забоев в смежных слоях (15-120 м), а при склонности обрушенных горных пород к быстрому уплотнению и слёживанию — последовательно с независимой подготовкой каждого слоя и разрывом во времени отработки не менее 1 года.

Слоевую выемку наклонных и крутых пластов мощностью свыше 5 м, а также пластов невыдержанного залегания осуществляют наклонными слоями с применением гибкого перекрытия. При этом верхний (монтажный) слой отрабатывают длинными столбами по простиранию без оставления целиков угля, нижний (под перекрытием) — системой подэтажного обрушения.

Слоевую выемку крутых пластов с обрушением наклонными слоями осуществляют также с подэтажным обрушением под гибким перекрытием. При слоевой выемке этих пластов с закладкой выработанного пространства наклонные слои с выемкой их длинными столбами по восстанию и простиранию применяют на ненарушенных пластах (и средствах комплексной механизации в лавах), а наклонные слои с выемкой длинными столбами или полосами по простиранию с отработкой полос в нисходящем порядке — на пластах нарушенных, со слабыми углями, а также опасных по горным ударам или внезапным выбросам.

На крутых пластах (свыше 50°) мощностью свыше 12 м иногда производят в восходящем порядке слоевую выемку горизонтальными слоями, отрабатываемыми комплексно-механизированными лавами с закладкой выработанного пространства. Разделение на горизонтальные слои производят также при отработке подэтажными штреками с обрушением целиков угля или участков с тектоническими нарушениями, переменным залеганием пластов.