Вскрытие и подготовка пологих и горизонтальных залежей сплошными системами

Сплошными системами отрабатываются в основном пологие месторождения осадочного типа. На выбор схем вскрытия этих месторождений основное влияние оказывают: степень водонасыщенности, конфигурация рудных залежей, глубина залегания, особенности покрывающих и подстилающих пород, запасы, производственная мощность рудника и срок его существования.

Вскрытие производится в основном вертикальными стволами и капитальными квершлагами, реже штольнями и наклонным стволами.

В большинстве случаев стволы и капитальные квершлаги располагаются вне контура рудного тела за зоной сдвижения горных пород.

Расположение стволов зависит от конфигурации и угла падения рудного тела и обосновывается экономическими расчетами.

При значительных размерах залежи по простиранию стволы располагаются вдоль нижней ее границы. Если размер залежи по падению больше, чем по простиранию, то стволы шахт располагаются по восстанию залежи, также вне зоны сдвижения пород.

Преобладание размеров того или иного элемента рудного тела обусловливает расположение стволов шахт: фланговое, центральное или комбинированное. Схема вскрытия с фланговым расположением стволов применяется при залежах удлиненной, ленточной или серповидной формы. При вскрытии рудных тел, имеющих одинаковые размеры по падению и простиранию, применяют комбинированное вскрытие с помощью центрально-сдвоенных стволов.

На одном из месторождений (рис. 15) с углом падения 5—6° шахтное поле размерами 2 км по падению и 3,5 км по простиранию вскрывается двумя центрально-сдвоенными стволами и одним фланговым. Рудное тело сильно обводнено, поэтому все основные дренажно-вентиляционные капитальные выработки расположены под ним.

Главный и вспомогательный стволы располагаются у нижней границы залежи, вне зоны сдвижения пород. Фланговый ствол, служащий в основном для вентиляции, располагается в юго-восточной части шахтного поля в самой нижней точке.

При комбинированной схеме вскрытия рудные тела можно отрабатывать поочередно и постепенно наращивать производственную мощность рудника.

Сначала отрабатываются западная, центральная и восточная части шахтного поля через центрально-сдвоенные стволы, которые проходятся в первую очередь. Вскрытие юго-восточной части шахтного поля осуществляется в период эксплуатации рудника при помощи флангового ствола, который служит также для вентиляции и спуска-подъема материалов. Через главный ствол выдастся руда, порода и исходящая струя воздуха; через вспомогательный производится спуск и подъем людей и материалов, а также поступает свежая струя воздуха. Вспомогательный и фланговый стволы имеют два горизонта: верхний (рабочий) для вскрытия и отработки рудных залежей и нижний — дренажно-вентиляционный.

С помощью бремсбергов и уклонов, проводимых из откаточных штреков, шахтное поле разбивается на ряд бремсберговых полей. Расстояние между бремсбергами составляет 800—1200 м.

Бремсберги и уклоны проходятся по рудному пласту на разных уровнях. Уклоны проводятся непосредственно по руде и служат для доставки материалов и оборудования в очистные забои. По ним также производится подача струи свежего воздуха, который поступает из дренажно-вентиляционного штрека через вентиляционные восстающие.

Бремсберги проводятся по почве рудного пласта, служат для доставки руды из очистных забоев и оборудуются конвейерами типа КЛ-150.

Для перепуска руды и выдачи отработанной струи воздуха из бремсберга проходят восстающие.

Для вскрытия и подготовки юго-восточной части, шахтного поля бремсберг и уклон проводятся непосредственно из капитального квершлага вспомогательного ствола. Для осушения руды и успешной проходки вышележащих выработок в коренных породах в первую очередь проходится дренажная выработка, имеющая уклон в сторону шахтной центральной водоотливной установки.

Из дренажной выработки осуществляется осушение вышележащей толщи при помощи восстающих скважин, оборудованных забивными фильтрами. На рис. 45 сплошными стрелками показано движение свежей, а штриховыми — движение отработанной струи воздуха. Все капитальные выработки проводятся с полевой подготовкой.

На рис. 46 представлена схема флангового вскрытия залежи с углом падения 5—7°, имеющей размеры по падению 3 км, по простиранию 0,5—0,8 км и состоящей из двух рудных тел — восточного и западного, отрабатываемых одним шахтным полем.

При этой схеме вскрытия только один фланговый ствол, расположенный в верхней части залежи, пересекает рудный пласт, который значительно обводнен.

Главный и нижний фланговый стволы с капитальными квершлагами руду не пересекают. Пересечение ее производится между стволами конвейерным и откаточным штреками. Последний выполняет роль дренажного. На восточном фланге водоносный рудный горизонт пересекается капитальным квершлагом. Как и в предыдущей схеме вскрытия, дренажно-конвейерный бремсберг проводится под рудой и служит для транспортирования руды и подземного дренажа.

Уклеи, пройденный по кровле рудного пласта, служит для спуска и подъема материалов, по нему осуществляется вентиляция очистных и подготовительных забоев.

Для сброса исходящей струн и перепуска руды уклон и бремсберг сбиваются между собой восстающими.

Вентиляция рудника осуществляется по нагнетательной схеме. Свежий воздух поступает в рудник через фланговые стволы и выдается через главный.

Пример вскрытия залежи удлиненной формы с фланговым расположением стволов по простиранию приведен на рис. 47. Длина рудного тела по простиранию 3 км, по падению 500—800 м. Угол падения достигает 3—5°. При этой схеме вскрытия все стволы пересекают рудное тело, а все основные капитальные выработки проводятся под ним, в устойчивых необводненных породах.

Главный ствол соединяется с фланговыми полевыми откаточными штреками, пройденными в 40—50 м от нижней границы рудной залежи. Выход на рудное тело осуществляется из полевых откаточных штреков с помощью бремсбергов, пройденных по руде. Из этих же выработок проводятся участковые квершлаги, служащие для доставки и транспортировки по ним руды из бремсберговых полей к откаточным штрекам. Длина полей по простиранию 800—1200 м, ширина — 500—800 м.

Для вентиляции участков и перепуска руды с добычного гори-зонта на откаточный из участковых квершлагов проходятся восстающие.

Подготовка шахтного поля при всех рассмотренных выше вариантах вскрытия принята панельная. При панельной схеме достигается быстрая подготовка очистных участков и создаются хорошие условия для применения конвейерного транспорта. Панели в зависимости от конфигурации рудного тела могут быть как однокрылые, так и двукрылые. Длина панелей принимается 300—500 м, ширина однокрылой — 300—500 м, двукрылой — 600—1000 м.

Панели нарезаются панельными штреками, проводимыми непосредственно по руде. Около штреков оставляются целики шириной 20—30 м.

Из панельных штреков для ведения очистных работ нарезаются выемочные столби, которые могут быть спаренными и одинарными (рис. 48).

Между выемочными столбами оставляется предохранительный целик шириной 10 м.

Руда по бремсбергам и уклонам, выемочным и панельных штрекам транспортируется с помощью конвейеров КЛ-150.

Рудники Никопольского марганцевого бассейна. Марганцевая залежь Грушево-Басанского участка, являющаяся основным объектом добычи руды в ближайшем будущем, занимает площадь 170 км2 и вытянута с севера на юг.

Рудный пласт залегает почти горизонтально. Максимальная глубина залегания 100—110 м. Мощность пластов колеблется от 0,7 до 3 м и в среднем составляет 1,4 м. Породы, вмещающие рудный пласт, обладают в основном низкой механической прочностью. Некоторые из них по своим свойствам приближаются к пластичным породам.

Никопольский марганцевый бассейн является характерным в отношении разработки пластовых месторождений осадочного типа.

Шахтные поля на месторождениях этого бассейна вскрываются и основном двумя центрально-расположенными вертикальными стволами, из которых одни предназначен для выдачи руды и подъема людей, а другой — для спуска материалов и оборудования (рис. 49).

Размеры шахтных полей зависят от производственной мощности шахты.

Институтом Южгипроруда рекомендованы следующие размеры шахтных полей: для производительности 350 тыс. т руды в год — 1400х2000 м, для 500 тыс. т в год — 1250х2670 м, для 1 млн. т в год — 2500х2700 м.

Руды разрабатываются отбойными молотками и комбайнами типа МБЛ-1 без применения буровзрывных работ. Ранее шахтные поля разделяли на панели размером 300х150 м, а панели — на выемочные столбы длиной до 150 м и шириной 15 м. Из-за отсутствия отбойно-погрузочных машин длина заходки при отработке ручным способом не превышала 15 м.

С увеличением интенсивности очистной выемки длина выемочного столба возросла до 300—500 м и даже до 700 м. Исходя из этого на рудниках была применена беспанельная схема подготовки шахтного поля.

При этом обычные панельные (откаточный и вентиляционный) штреки не проходят, а из главного откаточного штрека нарезают попарно выемочные штреки, по которым осуществляется электровозная откатка.

Длина выемочных штреков 500—700 м. Переход на беспанельный способ подготовки и отработки участков в сочетании с увеличением параметров выемочных столбов позволил значительно уменьшить удельный вес добычи из подготовительных и нарезных работ.

Уменьшение протяжности подготовительно-нарезных выработок позволило значительно сократить расход лесных материалов на подземную добычу руды при незначительном удельном росте расхода металлического крепления.

В настоящее время на рудниках бассейна проходит опытную проверку схема подготовки четырех столбов двумя выемочными штреками.

При этой схеме подготовка участков шириной по 30 м и длиной 300—400 м будет осуществляться двумя выемочными штреками. Выемка производится двусторонними заходками с отбойкой и погрузкой руды комбайном МБЛ и доставкой ее конвейерами.

Применение рассматриваемой схемы подготовки позволяет значительно снизить затраты на поддержание выработок, транспорт руды и даст возможность шахте с производственной мощностью 220—250 тыс. т/год иметь в работе 2—3 добычных участка.

Для улучшения технико-экономических показателей работы рудников в бассейне идут также по пути концентрации горищ работ, сосредоточивая очистные и нарезные работы на одном из участков шахты. Ho это. с другой стороны, затрудняет транспорт полезного ископаемого и материалов. Поэтому при существующей схеме подготовки шахтных полей (рис. 50) используют в качестве откаточных вентиляционные штреки, что позволяет организовать кольцевую схему электровозной откатки, исключающую встречные перевозки. Как показали расчеты, при кольцевой схеме откатки производительность труда одного трудящегося по шахте возрастает ил 18,2%, а себестоимость 1 т добытой руды снижается на 17,2%. Панель-отрабатывается двусторонними заходками. Такая схема запроектирована для Грушевского рудника.

С целью повышения экономической эффективности концентрации горных работ для Грушевского рудника предложен новый вариант вскрытия и подготовки шахтных полей.

При этом варианте сокращается число и протяженность вскрывающих и подготовительных выработок: на каждую панель приходится по одному штреку вместо двух; отпадает необходимость о проведении одного главного вентиляционного штрека; упрощается схема откатки и вентиляции; снижаются капитальные затраты и сокращаются сроки строительства шахт; снижается доля подготовительных выработок в общем объеме горных работ; повышается производительность труда на 20%, себестоимость 1 т руды снижается из 17%.

По экономическим показателям наиболее эффективной является беспанельная схема подготовки, так как она обеспечивает при существующем уровне развития техники и технологии подземной разработки высокую концентрацию горных работ. Благодаря ликвидации панельных штреков объем подготовительных работ сводится к минимуму, производительность труда одного трудящегося по шахте повышается на 24,9%, а себестоимость руды снижается на 21%.

Рудник «Пенне» (ФРГ) разрабатывает месторождение марганцево-фосфористых бурожелезняковых руд в районе Бюльтен—Пейне. Месторождение имеет угол падения 10—28°. Мощность рудной залежи колеблется от 2 до 8,5 м и в среднем составляет около 6 м.

Поскольку породы лежачего бока склонны к сильному вспучиванию, все подготовительные и нарезные выработки проходят у кровли, т. с. с оставлением руды в почве.

Очистную выемку руды начинают выше предохранительного целика шириной 20 м, оставляемого для защиты этажного откаточного штрека. Вначале отрабатывают из наклонной выработки верхнюю часть каждой полосы шириной 5,5 м и высотой около 3 м, двигаясь к границам выемочного поля. После этого начинают в обратном порядке выемку руды, которая осталась в полосе у почвы. Доставка руды по наклонным выработкам на главный откаточный штрек производится скрепером. Несмотря на механизацию работ большим недостатком выемки руды полосами по простиранию оставалась недостаточная концентрация производства. С целью концентрации очистных работ и внедрения более мощного бурового оборудования стали с 1963 г. применять выемку руды полосами по восстанию (рис. 53).

Выемочный участок подготавливается следующим образом. В нижней части проходится штрек, оборудованный скреперо-стругом, а затем верхний выемочный штрек. На границе участка эти штреки сбиваются конвейерным уклоном.

Поскольку при выемке руды полосами по восстанию уже нельзя било осуществлять закладку как при выемке по простиранию, стали во время отработки полос проходить параллельную выемочную выработку, из которой развивали выемку новой полосы.

Для проведения параллельных выемочных выработок перпендикулярно к их оси бурят параллельные шпуры, которые заряжают лишь в пределах сечения проводимой параллельной выработки (рис. 54). Между вынимаемой полосой и проводимой параллельной выработкой оставляют целик, в котором шпуры не заряжают.