Тема 9 Поддержание очистного пространства

Управление горным давлением применительно к очистному пространству называется поддержанием очистного пространства. В более узком смысле поддержание очистного пространства представляет собой сохранение его устойчивости путём искусственного подпора боков и кровли очистного пространства: целиками, закладочным материалом, отбитой рудой, крепью.

Факторы устойчивости очистного пространства: сохранение устойчивости кровли и боков очистного пространства, ограничение пролёта обнажения кровли и боков (достигается обрушением вмещающих пород (обычно висячего бока) по мере производства очистной выемки и называется шагом обрушения) и придание кровле камер сводообразной формы (величина подъёма свода теоретически должна быть равна высоте свода естественного равновесия),сокращение времени очистной выемки, соответствие направления подвигания очистной выемки строению массива руды, уменьшение сейсмического эффекта взрыва.

Способы поддержания очистного пространства:естественное поддержание, поддержание рудными целиками, закладкой, магазинированием руды, искусственной крепью.

Естественное поддержание очистного пространстваосуществляется за счёт естественной устойчивости окружающих пород.

Поддержание рудными целиками.Это простой и экономичный способ, но применение его в ценных рудах нецелесообразно вследствие значительных потерь руды. Широко применяется как самостоятельный способ, так и в комбинации с другими способами. Рудные целики оставляют либо всегда, либо на время разработки данного участка. Оставленные в выработанном пространстве рудные и породные целики разделяют на:

Изолированные целики: оставляемые нерегулярно и оставляемые регулярно.

Сплошные при разработке крутопадающих месторождений: междуэтажные (оставляемые над и под выработками основного горизонта разрабатываемых этажей. Состоят из: потолочины (подштрекового целика, бывает сплошной) и днища – надштрекового целика, бывает нарезано рудоприёмными воронками и рудоспусками, междублоковые (оставляемые на границе между двумя соседними блоками), внутризабойные (оставляемые внутри очистного пространства камеры или выемочного участка)

Сплошные при разработке пологопадающих месторождений: еждукамерные (оставляемые на границе между двумя соседними камерами. Бывают прямоугольной, овальной или круглой формы. В поперечном направлении целики прорезают рассечками), ленточные (междукамерные без рассечек), покровельные (руду вынимают не до кровли (при неустойчивых налегающих породах)).

Достоинства поддержания выработанного пространства целиками относятся: простота осуществления, невысокая стоимость, надежность и безопасность. Недостатки: потери руды даже и при последующей от работке временных целиков; низкая производительность труда при выемке руды из целиков; опасность раздавливания целиков на больших глубинах.

Создание специальных искусственных целиков. Для создания искусственных целиков в первую очередь вырабатывают полезное ископаемое в объеме целика. После его выемки выработанное пространство заполняется бетоном, подаваемым с поверхности. Когда бетон схватится, приступают к отработке полезного ископаемого в объеме камеры ограниченной искусственными бетонными целиками. Основное условие применения искусственных целиков — экономическая целесообразность.

Поддержание закладкой.Закладка заключается в заполнении выработок: отходами производства, пустыми породами, хвостами обогатительных фабрик. Закладка требует затрат, но даёт возможность: отрабатывать запас этажа без оставления целиков, обрушения вмещающих пород и, следовательно, обеспечить минимальные потери и разубоживание руды; обеспечить высокую производительность работ; обеспечить пожаробезопасность; сохранить ненарушенными налегающие массивы и земную поверхность; отрабатывать возгорающиеся руды; разместить под землёй часть отходов производства. Применяют при разработке: ценных руд, высококачественных железных руд, горно-химического сырья.

Виды закладочных материалов: сухая закладка (самотёчная, пневматическая, механическая), гидравлическая, твердеющая, иньекционная.

В зависимости от порядка выполнения закладочных работ по отношению к очистной выемке различают (от времени выполнения работ по погашению подземных пустот) различают: одновременную с очистной выемкой закладку (производят по мере отработки камеры или блока горизонтальными слоями) и последующую закладку (после завершения всех очистных работ в блоке).

По степени заполнения выработанного пространства закладка может быть полной или частичной (если закладки нет вообще, то выработанное пространство изолируется).

В зависимости от способа транспортировки и укладки различают закладку: самотечную (под собственным весом), механическую (скреперную, конвейерную, метательными или погрузочными машинами), гидравлическую, пневматическую (сухая смесь или пульпа транспортируется по трубам энергией сжатого воздуха) и комбинированную.

В зависимости от состава и свойств закладки она бывает: породной, песчано-гравийной, шлаковой, твердеющей, бетонной, льдозакладкой.

Твердеющая закладка. Применяют при: выемке руд ценных, малоустойчивых, возгорающихся; на больших глубинах; работах под охраняемыми объектами; отработке целиков; опережающей отработке ценных руд. Состав твердеющей закладочной смеси: вяжущие вещества: (цемент, гипс, ангидрит, молотые гранулированные шлаки и золы); заполнители (песок, хвосты обогатительных фабрик, шлаки, щебень, порода и др. Составляют жёсткий остов закладочного массива); пластифицирующие добавки (сульфидно-спиртовая барда, мылонафт, хлопковое мыло и др. Вводят для улучшения пластичности и транспортабельности или для снижения расхода воды). Организация закладочных работ. Закладочные работы обслуживает закладочный участок, в ведение которого входят: приготовление смеси; транспортирование смеси; возведение перемычек; контроль за укладкой смеси и качеством закладки; обслуживание трубопроводов и др.

Приготовление твердеющей закладочной смеси. Осуществляется на поверхности или на месте их укладки. Классификация основных способов приготовления закладочных смесей:

Совместный – дозированные компоненты поступают в смесители, оттуда смесь транспортируют в выработанное пространство в готовом к укладке виде: циклического действия (дозируют компоненты прерывно, а бетономешалка выдаёт готовую смесь порциями), непрерывного действия (непрерывность обеспечивается работой двух и более бетономешалок).

Полураздельный – компоненты, подаваемые раздельно, смешивают у места возведения закладочного массива лишь перед укладкой. Раствор вяжущего вещества транспортируют по трубам, инертные материалы – механическим, пневматическим или гидравлическим способом.

Раздельный – инертные материалы, находящиеся в выработанном пространстве, насыщают вяжущим раствором путём инъекций. Применяют для повышения устойчивости поверхности закладочных массивов, образованных сухой или гидравлической закладкой.

Транспорт трубопроводный самотёчный или самотёчно-пневматический используют при жидких и пластичных смесях.

Возведение закладочного массива. Подлежащее закладке пространство отделяют от примыкающих к нему выработок бетонными, железобетонными или двойными дощатыми с породной засыпкой перемычками. В камеры смесь попадает через выработки или скважины. В период заполнения пустот на высоту перемычки за ней регулярно наблюдают, затем прерывают на несколько часов или суток, в зависимости от скорости схватывания смеси, чтобы исключить прорыв не затвердевшей закладки.

Контроль за качеством закладочного массива. Опробуют закладочную смесь и затвердевшую закладку. Полноту закладки контролируют визуально при наличии доступа, а также с помощью контрольных скважин, специальных горных выработок и др. методов. Контроль прочности закладочного массива производят следующими методами: ударный, керновый, электрометрический и ультразвуковый методы и по пробам твердеющего раствора, подаваемого в шахту.

Гидравлическая закладка. Закладочный материал.Крупность не должна превышать 50-80мм, чтобы он мог перемещаться по трубам. Илистой фракции должно быть 10-15% для снижения абразивности и возможности крупной фракции выпадать из пульпы. Используют: отходы производства, хвосты обогатительных фабрик и гранулированные шлаки, пески с небольшой примесью глины, дроблёные скальные породы. Достоинства: полная механизация и возможность автоматизации закладочных работ; высокая производительность труда; значительная плотность; хорошее заполнение пустот; высокая интенсивность работ. Недостатки: загрязнение выработок, необходимость осветления воды, большие капитальные затраты, сыпучесть закладки.

Производимые операции:подготовка закладочного материала, смешение его с водой, гидротранспортирование пульпы, подготовка выработанного пространства, намыв закладочного массива, отвод и осветление воды и откачка её на поверхность.

Подготовка закладочного материала осуществляется на дробильно-сортировочных установках, которые располагают в районе добычи закладочного материала или на промплощадке. Смешение его с водой осуществляется на смесительных установках расположенных на поверхности или под землёй в смесительных камерах, складируя в породоспусках. Исходные материалы для гидрозакладки дозируют перед подачей их в трубопровод. Гидротранспортирование пульпы осуществляется по трубам. Трубопровод состоит из вертикальной и горизонтальной частей. В вертикальной части устанавливается определённая высота столба пульпы, обеспечивающая напор для перемещения материала по горизонтали с необходимой скоростью – критической (минимальная скорость, при которой мелкие частицы остаются во взвешенном состоянии, а крупные перемещаются скачкообразно) или большей. Примыкающие к выработанному пространству выработки должны быть заперемычены и обшиты. Перемычки бывают фильтрующими и глухими (при этом в закладочном пространстве возводят дренажные трубы с отверстиями в стенках). Намыв закладочного массива осуществляется по площади слоя с помощью резинового шланга, соединённого с трубопроводом. Сдренированная вода содержит мелкие частицы 3-5%. Она поступает в водоотливные канавки, которые необходимо постоянно чистить, и по ним в отстойники, подземные или поверхностные. Подземные отстойники это горизонтальные выработки, расположенные на 3-4м ниже откаточного горизонта. Стационарные отстойники располагают у околоствольного двора, около насосной станции. Для временных отстойников используют выработки расположенные вблизи закладываемых блоков, их заполняют шламом и больше не используют.

Сухая самотёчная закладка. Применяется последующая и редко одновременная. Материал: пустые породы, получаемые попутно при проведении горных выработок, пески, гравий, скальные породы. Для достаточной плотности закладочного массива желательно чтобы размер кусков не превышал 150-200 мм. Это способствует и сохранению крепи породоспусков. Достоинства: высокая производительность и небольшая себестоимость. Недостатки: большой коэффициент усадки, при мелкокусковом материале – 15-20%, при крупнокусковом – 30-35%.

Сухая механическая закладка.До восстающих, по которым спускают закладочный материал в очистное пространство, транспортируют его в вагонах или, реже конвейерами по выше лежащему откаточному горизонту. Обычно механическую закладку производят по мере выемки блока горизонтальными слоями, начиная с нижнего слоя. Можно использовать крупный материал. Закладочный материал распределяют в очистном пространстве с помощью: самоходного оборудования, скреперных установок, конвейеров и метательных машин.

Сухая пневматическая закладка. Материал – главным образом дроблёные (5-80мм) неабразивные породы, шлаки, песчано-гравийная смесь и др., с примесью глины до 15-20%. Диаметр трубопровода d_тр > (2-3)×d_куск , обычно 150-200 мм. Усадка закладочного массива 10-15%. Применяется редко. Энергия сжатого воздуха используется для перемещения материала по трубам и забрасывания его в выработанное пространство. В закладочную машину вблизи выработанного пространства загружают сухие материалы и сжатым воздухом по трубопроводу заполняют выработанное пространство (примерно так, как заполняют скважины ВВ пневмозарядчиком). Преимущества: хорошая плотность, возможность закладки под кровлю выработанного пространства. Недостатки: большое пылеобразование, значительный износ труб и машин, жёсткие требования к закладочному материалу в отношении его абразивности, гранулометрического состава и содержания глины, высокий расход сжатого воздуха.

Инъекционная закладка.Сущность - погашение выработанного пространства сыпучим материалом (щебень, гравий, дробленные породы, песок...) и нагнетание под давлением твердеющего раствора в пустоты закладки. Обычно таким раствором упрочняют сыпучую закладку по периметру выработанного пространства. Материал закладки должен обладать пустотностью, чем выше пустотность - тем ниже может быть давление нагнетания. В качестве твердеющего раствора используют цементно-песчаные, цементно-известковые смеси.

Поддержание магазинированием руды. Отбитую руду временно оставляют в очистном пространстве для создания опоры работающим в забое и для поддержания боковых пород вместо закладочного материала. Поскольку руда при отбойке разрыхляется и увеличивается в объёме, излишки её (30-40%) выпускают по мере обойки. Вся замагазированная руда выпускается после отработки блока. Применяют при: крутом падении рудного тела (более 45°), весьма мощных горизонтальных и пологопадающих месторождениях, относительно устойчивых вмещающих породах, рудах не слёживаемых, не возгораемых и не окисляющихся в отбитом состоянии.

Поддержание искусственной крепью. Поддерживают крепью кровлю, неустойчивые боковые породы или руду, а иногда закладочный массив. Крепи разделяют по их способности к деформации на жёсткие и податливые. При выборе вида крепи предпочтение отдаётся той, которая при достаточной надёжности поддержания очистного пространства, отвечает следующим условиям: возможность установки непосредственно у забоя с наименьшей опасностью повреждения при взрыве;

возможность механизации работ по установке крепи и по её передвижению;

наибольшая производительность труда крепильщиков; минимум помех для работы бурильных и погрузочно-доставочных машин; наименьшие объём, вес, и стоимость материалов крепи; наименьшие расходы по ремонту крепи.

Классификация видов крепи очистных выработок:

Крепи, размещаемые в (или на) массиве поддерживаемых пород (или закладке): штанговая, торкрет-бетон, обвязка (трос), подвесная.

Крепи, размещаемые в выработанном пространстве и поддерживающие породный массив из вне: распорная или стоечная, крепёжные рамы, костровая крепь, самоопускающиеся перекрытия, механизированные щиты, опорные столбы, станковая.

Литература: [7], [8], [9], [12], [14], [17], [19].

Студенты должны знать:

1. Что такое поддержание очистного пространства?

2. Факторы устойчивости очистного пространства.

3. Способы поддержания очистного пространства.

4. Что такое естественное поддержание очистного пространства?

5. Что такое поддержание очистного пространства рудными целиками?

6. Что такое рудные целики и какие они бывают?

7. Что такое поддержание очистного пространства закладкой?

8. Виды закладочных материалов.

9. Виды закладки.

10. Что такое твердеющая закладка?

11. Организацию закладочных работ при твердеющей закладке?

12. Что такое гидравлическая закладка?

13. Производимые операции гидравлической закладки?

14. Что такое сухая самотёчная закладка?

15. Что такое сухая механическая закладка?

16. Что такое сухая пневматическая закладка?

17. Что такое инъекционная закладка?

18. Что такое поддержание магазинированием руды?

19. Что такое поддержание искусственной крепью?

20. Классификацию видов крепи очистных выработок.