Требования безопасности при очистной выемке 3 страница

Породы могут обрушаться со стороны висячего бока, сверху и со стороны лежачего бока.

Отставание обрушения пород висячего бока от выемки руды возрастает с устойчивостью пород, с уменьшением пролета обнажения по простиранию залежи и с глубиной разработки. Обычно общее обрушение висячего бока отстает на 1—2 этажа, а в залежах малой длины по простиранию на глубоких горизонтах оно может вообще не произойти. Тогда образуются обширные пустоты или в выработанное пространство опускаются обрушенные породы из верхних этажей. В случае внезапного обрушения пустот возникают воздушные удары, приводящие к большим разрушениям. Возможно разрушение оснований блоков ударом падающей массы пород. Рост опорного давления в соседних блоках может привести к разрушению массива руды и выработок.

Предотвращение воздушных ударов. Для гашения воздушной волны над выпускными выработками создают породную подушку (слой раздробленных пород) путем принудительного обрушения части пород кровли или временного оставления отбитой руды (рис.3.1).

При обрушении пород кровли минимально необходимая толщина предохранительной подушки

, (3.1)

где — высота очистного пространства блока от его основания до кровли, м
(рис. 3.1); к—коэффициент пропорциональности

, (3.2)

где, — коэффициент, учитывающий аэродинамическое сопротивление предохранительной подушки; k₂ — то же, обрушающихся пород и рудовыпускных выработок; — коэффициент, учитывающий прочие факторы и резерв.

, (3.3)

где f — коэффициент крепости пород; d_cp— средневзвешенный диаметр куска пород,
слагающих подушку, м.

Рис. 3.1. Схема к расчету толщины подушки h _п: Н_пад — высота падения обрушающихся пород; Н_бл — высота очистного пространства в блоке; Н_обр —высота слоя породы, обрушаемой для образования подушки; h _р.п — толщина рудной подушки; h _п.п — толщина породной подушки

, (3.4)

где S — площадь блока, м²; п — число выпускных отверстий в блоке; s — площадь выпускного отверстия, м²; а, b, с — эмпирические коэффициенты, учитывающие характер обрушения (а = 0,36; b= 0,0004 и c = 1, если обрушение пород не выйдет за пределы свода естественного равновесия, а также при обрушении потолочины, на которой лежат раздробленные породы, а = 0,90; b = 0,001 и с= 1,7, если не исключена возможность мгновенного полного самообрушения налегающих пород с выходом воронки провала на земную поверхность); учитывает неравномерность толщины и диаметра среднего куска пород подушки по площади блока. Его можно принимать равным 1,3 при условии, что толщина подушки и диаметр среднего куска изменяются не более чем на 20 %.

При обычном значении k_р = 1,35

, (3.5)

Толщина слоя пород, подлежащего обрушению для образования подушки,

, (3.6)

Для подушки из отбитой руды

, (3.7)

Если по соседству имеется блок, подлежащий последующему массовому обрушению, то толщина подушки должна быть не меньше высоты этого блока, иначе часть руды будет выброшена на породную подушку и потеряна.

Обрушают породы скважинами или сосредоточенными зарядами. Если устойчивые породы в кровле залегают в виде слоя, то взрыванием зарядов его достаточно отрезать от массива по границам посадки. Аналогичная схема посадки возможна при наличии в кровле пологих трещин. При развитой вертикальной трещиноватости возможно обрушение пучком из двух-трех вееров горизонтальных и слабонаклонных скважин или одним минным ярусом.

Метод обрушения кровли должен выбираться в комплексе с толщиной подушки и параметрами отбойки, от которых зависит кусковатость обрушенных пород. В общем случае, чем ниже затраты на обрушение пород, и, следовательно, меньше эти породы будут раздроблены, тем толще нужна подушка и больший объем пород требуется обрушить одним минным ярусом.

Снижение опорного давления. Главная мера предосторожности против опорного давления — своевременное обрушение подработанной толщи за счет увеличения площади обнажения или принудительным способом.

Полное обрушение пород до земной поверхности вслед за выемкой при глубинах разработки более 100—200 м практически неосуществимо. Обычно обрушается лишь нижняя часть налегающей толщи, а высота этой толщи уменьшается незначительно. Вместе с тем, опорное давление, передаваемое на массив через слой обрушенных пород, распределяется на увеличенную площадь, что снижает концентрацию напряжений на определенное время (до нескольких месяцев), в зависимости от реологических свойств пород.

3.2. Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

При выпуске первоначально выходит чистая руда, затем появляется и постепенно возрастает примесь пустых пород. Выпуск заканчивают, когда разубоживание в дозе выпуска достигает наибольшей экономически допустимой величины. Доза обычно равна количеству рудной массы, выпускаемой через отверстие за смену или за значительную ее часть.

Предельное разубоживание в последней дозе выпуска

, (3.8)

где — содержание металла в руде (а не в рудной массе); — промышленный минимум; — содержание металла в породе, разубоживающей руду;

— 0,6÷1 — поправочный коэффициент, учитывающий, что для рудной массы часть затрат по добыче уже произведена и поэтому промышленный минимум может быть снижен по сравнению с A_min, установленным для руды в массиве. Меньшие значения коэффициента относятся к богатой руде.

Предельное разубоживание в последней дозе выпуска обычно составляет 0,6—0,8 для рядовой руды и 0,25—0,35 для бедной.

Дли приближенных прогнозных расчетов удобно пользоваться зависимостью суммы потерь металла и разубоживания руды (п + р) от показателя извлечения чистой руды k_ч. _р, который легче других поддается прогнозному определению. Зная (n + p) можно найти потери, задавшись разубоживанием, и наоборот.

При и приближенно можно считать

, (3.9)

где (1 — k_{ч. р}) — часть руды, остающаяся в блоке к началу разубоживания.

Меньшие, значения численных коэффициентов (соответственно 0,6 и 1,0) относятся к меньшим величинам извлечения чистой руды (0,3—0,4); большие (0,8 и 1,2) —при k_ч._р ≈ 0,6—0,7.

В граничных случаях прогнозные величины потерь и разубоживания:

при ценной руде и минерализованных вмещающих породах

, (3.10)

при бедной руде и пустых вмещающих породах

(3.11)

Обычно извлечение чистой руды составляет 0,55—0,75, потери и разубоживание в сумме 0,15—0,35. При выпуске руды после массового обрушения целиков извлечение снижается до 0,4—0,3 и меньше, а сумма потерь и разубоживания возрастает до 0,5—0,6.

Выпуск руды через одиночное отверстие. Фигурой выпуска (истечения) руды называют тот объем, который первоначально занимала в очистном пространстве выпущенная из него руда.

При донном выпуске нормально разрыхленной руды через одиночное отверстие фигура выпуска по форме близка к эллипсоиду вращения с вытянутой вертикальной осью (рис. 3.2). По мере выпуска эллипсоид увеличивается.

Из самого понятия фигуры истечения следует, что все частицы, лежавшие на ее поверхности до начала выпуска, подошли к отверстию одновременно.

Коэффициент вытянутости эллипсоида выпуска возрастает с увеличением сил трения, и особенно сцепления, а также с увеличением объема эллипсоида. При слежавшейся руде он возрастает настолько, что образуются так называемые трубы, по которым вскоре же после начала выпуска пустая порода проникает к воронкам.

По В. В. Куликову коэффициент вытянутости

(3.12 )

где Н — высота эллипсоида, м; D — наибольший горизонтальный диаметр эллипсоида, м; т — эмпирический коэффициент, зависящий от сыпучих свойств руды, . Для крепкой руды т = 0,4—0,5 при нормальном разрыхлении (k_р = 1,3—1,4); 0,55—0,65 при умеренном уплотнении (k_р ≈1,2) и 0,9—1 при сильно уплотненной руде (k_р == 1,1—1,15).

Для руд средней крепости т колеблется ют 1,2 при нормальном разрыхлении до 1,7 при умеренном уплотнении (k_Р = 1,2).

Рис. 3.3. Равномерно-последовательный выпуск в идеальных условиях: а — перемещение поверхности руды (1 — касающиеся эллипсоиды выпуска; 2 — первоначальное положение поверхности; 3 — последовательные положения; 4 — положение при начале засорения руды; 5 — траектория одной из частиц); б — схема к расчету потерь и засорения руды (1 — расчетные объемы руды, выпускаемой до начала засорения; 2 — то же, остающиеся в блоке к началу засорения)

Из приведенной формулы следует, что

H = mD²; (3.13)

, (3.14)

Объем выпуска

, (3.15)

Освобождающееся от руды пространство заполняется другими частицами руды из окрестностей эллипсоида выпуска, за счет чего в определенной зоне вокруг него происходит вторичное разрыхление.

Если приостановить выпуск, то руда снова начнет уплотняться.

Скорость уплотнения существенно зависит от высоты слоя обрушенных пород и от производимых поблизости взрывов, которые встряхивают руду и ускоряют уплотнение.

Выпуск обычно ведут с небольшими перерывами, недостаточными для того, чтобы вторичное разрыхление существенно уменьшилось.

Форма объема, в пределах которого происходит вторичное разрыхление, подобна эллипсоиду выпуска, отсюда она получила наименование эллипсоида разрыхления.

Объемы выпуска V_B, вторичного разрыхления V_р и коэффициент вторичного разрыхления k'_p находятся в соотношении

, (1.16)

где , — коэффициенты разрыхления руды соответственно до и после выпуска в зоне вторичного разрыхления.

Для кусковых руд = 1,3—1,4; = 1,45—1,55. Отсюда, при нормаль-
ном начальном разрыхлении = 1,07—1,1; V_р = (10÷15)V_B. Для уплотненной
(взрывом или длительным горным давлением) руды при = 1,2 и = 1,45; .

Контакт руды с налегающими обрушенными породами.
Поверхность руды начинает прогибаться после того, когда ее коснется эллипсоид разрыхления. В процессе прогиба образуется воронка внедрения пустых пород, ограниченная по наибольшей окружности контуром эллипсоида разрыхления руды. Эта воронка нижним своим концом достигнет выпускного отверстия, когда первоначального положения поверхности руды коснется эллипсоид выпуска. С этого момента выпускают разубоженную руду.

По мере выпуска воронка внедрения расширяется, поэтому возрастает относительное количество пустой породы в эллипсоиде выпуска и соответственно в дозе выпуска. В определенный момент разубоживание превысит допустимую величину, и выпуск придется прекратить.

С увеличением размеров активного отверстия (выпуск питателями) объем фигуры выпуска увеличивается, форма же ее зависит от формы отверстия только на расстоянии двух-трех диаметров. По Г. М. Малахову объем эллипсоида выпуска прямо пропорционален приведенному диаметру активного отверстия d_np:

, (3.17)

где s — площадь активного отверстия.

Отсюда с учетом (3.15) объем эллипсоида в общем виде

, (3.18)

Выпуск по всей площади блока. В идеальных условиях (см. рис. 3.3, а)
блок большой площади со всех четырех сторон окружен массивом с вертикальными стенками; пустая порода обрушена в крупных кусках, которые не могут проникать в отбитую руду; выпуск руды равномерно последовательный, т. е. поочередно из всех отверстий одинаковыми дозами незначительной величины.

Для расчета площадного выпуска введено понятие касающихся эллипсоидов выпуска (см. рис. 3.3б), диаметр которых равен расстоянию между осями отверстий.

В самом распространенном случае

где — высота заполненной рудой части блока; H_к. _э — высота касающихся эллипсоидов

(3.19)

где D₀ — приведенное расстояние между осями смежных выпускных отверстий
, (3.20)

где а — расстояние между осями выпускных отверстий в ряду; b — расстояние между рядами выпускных отверстий.

Приближенно можно считать, что выше касающихся эллипсоидов по всей поверхности руды частицы опускаются вертикально с одинаковой скоростью и что, следовательно, контакт руды с обрушенными породами перемещается в горизонтальном положении.

Когда поверхность руды опустится ниже вершины касающихся эллипсоидов, то с наибольшей скоростью начинают перемещаться частицы, расположенные прямо над отверстиями, поэтому поверхность руды начинает прогибаться. Со временем прогибы достигнут отверстий, начнется разубоживание и возрастает до критической величины.

Абсолютные потери руды не зависят от высоты блока, но они будут тем больше, чем больше высота прогибов поверхности руды. При прочих равных условиях уровень начала прогибов определяется высотой касающихся эллипсоидов. Увеличение расстояния между выпускными отверстиями увеличивает касающиеся эллипсоиды и, следовательно, абсолютные потери руды.

Относительные потери обратно пропорциональны высоте блоков.

Объем руды над касающимися эллипсоидами выпускают, без примеси пустых пород. Из оставшейся после этого руды извлекают полностью и без разубоживания только объемы, расположенные в касающихся эллипсоидах. Остальную руду разубоживают и частично теряют (см. рис. 3.3). Извлечение чистой руды до начала разубоживания с учетом (3.15)

, (3.21)

а при увеличенном активном сечении выпускных отверстий, согласно (3.18)

, (3.22)

На основании этой величины можно определить потери и разубоживание руды по (3.9).

Расстояние между выпускными отверстиями принимается обычно как минимально допустимое по условию прочности основания блока.

D = kH,

где k — коэффициент, изменяющийся от при H < 40 м
до при H > 100 м.

Увеличивать высоту блока целесообразно за исключением следующих случаев: слеживающаяся руда, в которой при выпуске возможно образование «труб»; неустойчивая руда, при которой длительное поддержание выпускных выработок требует больших затрат или оказывается практически невозможным; недостаточно крутое падение залежей, при котором возможны большие потери руды на лежачем боку.

Боковой контакт отбитой руды с обрушенными породами. Наименьшие потери и разубоживание будут тогда, когда эллипсоид выпуска одновременно достигнет первоначальных положений вертикального и горизонтального контактов с обрушенными породами. Для этого расстояние между выпускными отверстиями на границе блока должно быть увеличено до размера

(3.23)

где D₀ — обычное расстояние между выпускными отверстиями, м; D—диаметр эллипсоида выпуска высотой H, м.

Извлечение чистой руды из объема, приходящегося на граничное отверстие

(3.24)

При числе граничных отверстий n_гр и остальных (внутренних) отверстий в блоке n_вн извлечение чистой руды по всему блоку

, (3.25)

где — извлечение чистой руды из отверстия, находящегося внутри блока, %.

Крупность частиц отбитой руды и обрушенных пород. При наличии мелких фракций и влаги руда слеживается, зоны влияния выпускных отверстий сужаются, а гребни теряемой руды возрастают.

При наличии крупных кусков взрывное вторичное дробление разрушает выпускные выработки и снижает производительность выпуска. После каждой ликвидации затора некоторое время работает не только осевая часть (как при мелкой руде), а почти полное сечение воронки, в результате уменьшаются потери руды в оставшихся гребнях. Однако это гораздо менее существенно, чем недостатки, связанные с наличием крупных кусков.

Мелкие куски налегающих обрушенных пород, особенно если они имеют скользкую поверхность, просачиваются в отбитую руду. По В. С. Дроздову (МГИ) максимальный диаметр просачивающихся кусков

(3.26)

где — средний диаметр кусков руды, образующих структурную решетку, представленных различными фракциями и составляющих 40—60 % от общего количества руды.

Просачивание тем интенсивнее, чем больше в обрушенных породах мелких частиц.

Истечение руды интенсивнее со стороны менее плотной массы, где снижены силы сцепления (или зацепления). В результате эллипсоид выпуска наклоняется под углом до 60° к горизонту (рис 3.4).

При уплотненной (k_р = 1,2—1,3) кусковой руде необходимо начать выпуск на значительной площади (200—400 м²) для того, чтобы привести руду в движение, дать ей вторичное разрыхление, после чего переходят на обычный режим выпуска. Если руда уплотнена слишком сильно (k_р < 1,2), то над отверстиями в результате выпуска

образуются разобщенные полости и истечение прекращается до обрушения сводов полостей. Если отверстие расположено около вертикальной или наклонной (в сторону отверстия) стенки, фигура выпуска отклоняется от него, сокращается ее размер по нормали к стенке.

При недостаточно крутом падении залежи значительная часть отбитой руды остается на лежачем боку в виде так называемой «мертвой зоны» (рис.3.6).

Для снижения потерь руды увеличивают наклон лежачего бока в нижней части блока за счет подработки боковых пород. Вариант целесообразен при угле падения залежи

50—70° и высоте блока до 50—70 м.

При устойчивом лежачем боке, более или менее правильном контакте залежи, угле падения до 50—55° или высоте блока больше 50—70 м целесообразно применение дополнительных полевых воронок с увеличенным расстоянием между их осями (рис.3.7).

Число подэтажей выпуска в породах лежачего бока

(3.27)

где — 10 м — высота верхней части блока, в которой не требуется отверстий в лежачем боку; h — высота подэтажа полевых воронок; м; D — расстояние между рядами отверстий на основном горизонте выпуска, м; k — 1,2—1,5 — коэффициент, учитывающий увеличение этого расстояния для дополнительных рядов воронок;

α — угол наклона лежачего бока.

Величину h округляют до целого числа, затем находят окончательное значение:

, (3.28)

Образование дополнительных воронок в рудном теле у лежачего бока может оказаться целесообразным, если руда устойчива, а породы лежачего бока неустойчивы.

Выбор одного из рассмотренных выше вариантов и его параметров может производиться по условию (1.4) с учетом экономического ущерба от потерь руды на лежачем боку и от дополнительных работ по снижению этих потерь.

Режим выпуска руды. Бессистемный выпуск может снизить извлечение руды на 5—10 % и выше и увеличить разубоживание на 20—30 %. Вместе с тем строгое соблюдение заданного режима требует усиленного контроля, снижает производительность труда и оборудования в связи с прекращением выпуска из того или иного отверстия до окончания смены и т.п. Поэтому строгое соблюдение определенного режима уместно в той мере, в которой это существенно повысит извлечение руды.

Когда обрушают руду сразу на большой площади, целесообразно сохранять этот контакт в горизонтальном положении как можно дольше. Для этого благоприятен равномерно-последовательный выпуск, т. е. поочередный из всех отверстий одинаковыми малыми дозами до появления пустой породы во всех выпускных отверстиях. После этого частицы оставшейся в блоке руды находятся в зоне влияния только ближайших к ним отверстий.

Если отбойка продвигается по длине блока или этажа, то постоянно имеется боковой контакт руды с обрушенными породами и его можно поддержать или в вертикальном, или в наклонном положении. В первом случае накапливают отбитую руду на определенной площади блока, после чего начинают равномерно-последовательный выпуск. Наклонный же контакт достигается первоначально за счет опережающего выпуска из крайних отверстий.

Наклонный контакт целесообразно поддерживать лишь при слеживающейся руде, чтобы сократить продолжительность пребывания ее в очистном пространстве, или при особенно жесткой необходимости выдавать из данного блока рудную массу постоянного качества, что характерно при малом числе действующих блоков.

При недостаточно крутом падении и ограниченной мощности залежей (не превышающей высоты блока) целесообразно выпускать как можно больше руды из отверстий около лежачего бока, чтобы сократить «мертвую» зону. Лишь после появления в них пустой породы производят равномерно-последовательный выпуск из остальных рядов воронок до появления пустой породы, а в дальнейшем по всей площади блока. В более мощных залежах с недостаточно крутым падением благоприятен равномерно-последовательный выпуск с самого начала.

При отбойке в зажиме не следует включать в работу ближайшие к забою выпускные отверстия до тех пор, пока не будет выпущено 15—20 % отбитой руды, что разрыхлит оставшуюся руду. В планограмме выпуска следует учитывать, что за счет уплотнения зажимающего материала взорванная руда сместится на 2—3 м.

При большом горном давлении и слабой руде среднесуточная скорость опускания поверхности отбитой руды должна быть не менее 0,7—1 м, - при высокопроизводительных средствах механизации она достигает 2—2,5 м.

Выбранный режим задается в виде планограммы выпуска, которую необходимо корректировать в связи с неизбежными отклонениями от нее по техническим и технологическим причинам.

Геологическая служба рудника периодическим опробованием контролирует качество рудной массы, чтобы своевременно прекращать выпуск из тех или иных отверстий.

3.3. Общие особенности систем с обрушением

Руду обрушают скважинами или сосредоточенными зарядами на полную высоту этажа и выпускают через выработки в основании блока.

Залежь должна быть мощной. Руды устойчивые и средней устойчивости, не слеживающиеся.

При возгорающейся руде эту систему разработки используют редко, причем профилактически заиливают обрушенное пространство.

Параметры системы. Оптимальную высоту этажа (блока) находят из условия (1.4) с учетом затрат: на проходку этажных выработок (в величинах k, с) и выработок для выпуска и доставки руды; на поддержание перечисленных выработок — при неустойчивых породах и большом горном давлении; на доставку материалов и оборудования; ущерба от потерь и разубоживания руды при выпуске.

Обычная высота этажа 70—80 м; при ограниченной мощности 20—30 м, при недостаточно крутом падении и неправильной форме залежей 45—60 м. В пологих залежах высота блока ограничивается мощностью залежи.

Ширина блока чаще соответствует мощности залежи, но не превышает 60—80 м. При большом горном давлении и не особенно крепкой руде ширина блока не должна превышать 40—50-м. По Г. М. Малахову у границ блока высотой H создается зона, в которой давление на днище снижается. Чтобы все основание блока оказалось в защитной зоне, ширина его

, (3.29)

где и — углы построения защитной зоны соответственно со стороны массива и обрушения (отсчитываются от вертикали).

При средней крепости руд = 17°, = 7°, .

Порядок отработки блоков. Этаж должен быть разделен по длине на выемочные поля приблизительно одинакового размера, состоящие каждое из нескольких блоков. Выемочное поле отрабатывают от центра к флангам (два действующих блока). Лишь блоки на границах полей будут иметь по два боковых контакта с обрушением. Число выемочных полей должно быть равно половине необходимого (для заданной производительности рудника) числа отрабатываемых одновременно блоков.

Дата добавления: 2017-01-14