Системы разработки месторождений полезных ископаемых подземным способом

ПОДЗЕ́МНАЯ РАЗРАБО́ТКА МЕСТОРОЖ­ДЕ́НИЙ твёр­дых по­лез­ных ис­ко­пае­мых, из­вле­че­ние из недр Зем­ли твёр­дых по­лез­ных ис­ко­пае­мых без на­ру­ше­ния днев­ной по­верх­но­сти сис­те­мой под­зем­ных гор­ных вы­ра­бо­ток. Сква­жин­ную раз­ра­бот­ку ме­сто­рож­де­ний при­ме­ня­ют для до­бы­чи га­зо­об­раз­ных, жид­ких и по­лу­жид­ких (в т. ч. твёр­дых – пу­тём их пе­ре­во­да в те­ку­чее со­стоя­ние) по­лез­ных ис­ко­пае­мых.

П. р. м. вклю­ча­ет вскры­тие ме­сто­ро­ж­де­ния, под­го­тов­ку шахт­но­го по­ля и очи­ст­ные ра­бо­ты. При П. р. м. дос­туп с по­верх­но­сти ко все­му ме­сто­ро­ж­де­нию (или его час­ти) от­кры­ва­ют шахт­ные ство­лы, квер­шла­ги и штоль­ни, ко­то­рые обес­пе­чи­ва­ют воз­мож­ность про­ве­де­ния под­го­то­ви­тель­ных вы­ра­бо­ток и очи­ст­ную вы­ем­ку в за­пла­ни­ров. объ­ё­мах; вскры­тая часть ме­сто­ро­ж­де­ния раз­де­ля­ет­ся под­зем­ны­ми вы­ра­бот­ка­ми (та­ки­ми как штре­ки, ук­ло­ны, бремс­бер­ги, вос­стаю­щие, ор­ты и др.) на обо­соб­лен­ные вы­емоч­ные уча­ст­ки (эта­жи, бло­ки, па­не­ли, ка­ме­ры, стол­бы), пре­ду­смот­рен­ные при­ня­тым спо­со­бом под­го­тов­ки и сис­те­мой раз­ра­бот­ки; вы­ем­ку по­лез­ных ис­ко­пае­мых обес­пе­чи­ва­ют бу­ро­вые, по­гру­зоч­но-дос­та­воч­ные, от­рез­ные вос­стаю­щие и др. вы­ра­бот­ки.

Под­зем­ный спо­соб ши­ро­ко при­ме­ня­ют при до­бы­че уг­лей, слан­цев, руд­ных и не­руд­ных по­лез­ных ис­ко­пае­мых и рос­сы­пей, не­зна­чи­тель­но – при до­бы­че ми­нер. сы­рья для про­из-ва строй­ма­те­риа­лов. При ог­ра­нич. при­рос­те за­па­сов ми­нер. сы­рья вбли­зи зем­ной по­верх­но­сти воз­рас­та­ют тем­пы ос­вое­ния ме­сто­ро­ж­де­ний, раз­ра­ба­ты­вае­мых под­зем­ным спо­со­бом (в 1980-х гг. уд­вои­лась ин­тен­сив­ность вы­ем­ки по­ло­гих ме­сто­ро­ж­де­ний, уг­луб­ле­ние гор­ных ра­бот кру­тых и на­клон­ных за­ле­жей со­став­ля­ло от 10 до 40 м в год). Под­зем­ным спо­со­бом раз­ра­ба­ты­ва­ют­ся те­ла (за­ле­жи) по­лез­ных ис­ко­пае­мых разл. форм, мощ­но­сти, уг­ла па­де­ния, за­ле­гаю­щих на раз­ных (от 20–30 м до 5 км) глу­би­нах.

Мно­го­об­ра­зие ме­сто­ро­ж­де­ний по­лез­ных ис­ко­пае­мых обу­сло­ви­ло на­ли­чие разл. сис­тем под­зем­ной пе­ре­ра­бот­ки. Из­вест­ны св. 60 клас­си­фи­ка­ций сис­тем П. р. м., ко­то­рые раз­ра­бо­та­ли отеч. учёные – М. И. Агош­ков, Б. И. Бо­кий, А. М. Тер­пи­го­рев, Л. Д. Ше­вя­ков и др. Вы­деля­ют сис­те­мы под­зем­ной раз­ра­бот­ки пла­сто­вых (ка­мен­но­уголь­ных и др.) ме­сто­ро­ж­де­ний, сис­те­мы под­зем­ной раз­ра­бот­ки руд­ных ме­сто­ро­ж­де­ний и др. Клас­си­фи­ка­ция сис­тем под­зем­ной раз­ра­бот­ки пла­сто­вых ме­сто­ро­ж­де­ний Ше­вя­ко­ва (1933) ос­но­вы­ва­ет­ся на при­зна­ке рас­по­ло­же­ния под­го­то­вит. вы­ра­бо­ток. Для сис­тем раз­ра­бот­ки руд­ных ме­сто­ро­ж­де­ний наи­боль­шее рас­про­стра­не­ние по­лу­чи­ла клас­си­фи­ка­ция Агош­ко­ва (1949), по ко­то­рой все сис­те­мы де­лят­ся на клас­сы по осн. при­зна­ку – со­стоя­нию вы­ра­бо­тан­но­го про­стран­ст­ва.

Пластовые месторождения

Пла­сто­вые ме­сто­ро­ж­де­ния свой­ст­вен­ны в осн. го­рю­чим по­лез­ным ис­ко­пае­мым (уголь, торф, слан­цы), ме­сто­ро­ж­де­ни­ям мар­ган­ца, зна­чит. час­ти РЗЭ и ра­дио­ак­тив­ных ме­тал­лов, ме­сто­ро­ж­де­ни­ям ме­ди­стых пес­ча­ни­ков и не­ко­то­рым стро­ит. ма­те­риа­лам (гли­на, пе­сок и др.). Гор­ные пред­при­ятия, раз­ра­ба­ты­ваю­щие та­кие ме­сто­ро­ж­де­ния, обыч­но име­ну­ют­ся шах­та­ми.

Под­го­тов­ка за­па­сов к вы­ем­ке в шахт­ном по­ле осу­ще­ст­в­ля­ет­ся в те­че­ние все­го пе­рио­да от­ра­бот­ки, по­сколь­ку вы­ем­ку пла­стов ве­дут по­сле­до­ва­тель­но в отд. их час­тях. Под­го­тов­лен­ны­ми счи­та­ют за­па­сы, для ко­то­рых про­ве­де­ны осн. под­го­то­вит. вы­ра­бот­ки. Го­то­вы­ми к вы­ем­ке счи­та­ют за­па­сы, для ко­то­рых про­ве­де­ны не­об­хо­ди­мые на­рез­ные вы­ра­бот­ки и под­го­тов­ле­но обо­ру­до­ва­ние, по­зво­ляю­щее на­чать очи­ст­ные ра­бо­ты. Сеть вы­ра­бо­ток обес­пе­чи­ва­ет дос­тав­ку по­лез­но­го ис­ко­пае­мо­го до го­ри­зон­таль­ных от­ка­точ­ных вы­ра­бо­ток, транс­пор­ти­ро­ва­ние ма­те­риа­лов и обо­ру­до­ва­ния, про­пуск не­об­хо­ди­мо­го ко­ли­че­ст­ва воз­ду­ха для про­вет­ри­ва­ния за­бо­ев.

Пе­ри­од ве­де­ния очи­ст­ных ра­бот на шах­те на­зы­ва­ют экс­плуа­та­ци­ей ме­сто­ро­ж­де­ния. Осн. ко­ли­че­ст­вен­ные ха­рак­те­ри­сти­ки шах­ты (руд­ни­ка): про­из­водств. мощ­ность – ко­ли­че­ст­во по­лез­но­го ис­ко­пае­мо­го (в тон­нах), до­бы­вае­мо­го в еди­ни­цу вре­ме­ни (су­тки, год), и срок служ­бы (су­ще­ст­во­ва­ния) – пе­ри­од, в те­че­ние ко­то­ро­го от­ра­ба­ты­ва­ют пром. за­па­сы в пре­де­лах шахт­но­го по­ля.

Рудные месторождения

Руд­ные ме­сто­ро­ж­де­ния име­ют ряд осо­бен­но­стей, вы­те­каю­щих из их гео­ло­гич. про­ис­хо­ж­де­ния. Осн. осо­бен­но­сти: вы­со­кая кре­пость и аб­ра­зив­ность руд; раз­но­об­ра­зие раз­ме­ров, из­мен­чи­вость эле­мен­тов за­ле­га­ния руд­ных тел и со­дер­жа­ния по­лез­ных ком­по­нен­тов и ми­не­ра­ло­гич. со­ста­ва руд по объ­ё­му за­ле­жи; спо­соб­ность не­ко­то­рых руд к слёжи­вае­мо­сти и са­мо­воз­го­ра­нию; вы­со­кая цен­ность боль­шин­ст­ва руд (обу­слов­ли­ва­ет бо­лее жё­ст­кие тре­бо­ва­ния к пол­но­те и ка­че­ст­ву из­вле­че­ния); от­сут­ст­вие на боль­шин­ст­ве руд­ни­ков ме­та­но­вы­де­ле­ния, до­пус­каю­щее в под­зем­ных ус­ло­ви­ях при­ме­не­ние от­кры­то­го ог­ня и ап­па­ра­ту­ры в нор­маль­ном ис­пол­не­нии; и др.

Вскры­тие руд­но­го ме­сто­ро­ж­де­ния за­клю­ча­ет­ся в про­ве­де­нии гор­ных вы­ра­бо­ток, от­кры­ваю­щих дос­туп к за­ле­жи или её час­ти с зем­ной по­верх­но­сти. Под­го­тов­ка вклю­ча­ет про­ве­де­ние штре­ков, ор­тов и др. под­зем­ных вы­ра­бо­ток, ко­то­ры­ми вскры­тая часть ме­сто­ро­ж­де­ния де­лит­ся на обо­соб­лен­ные вы­емоч­ные уча­ст­ки (эта­жи, бло­ки, па­не­ли, стол­бы). Вы­емоч­ный уча­сток под­го­то­вит. и на­рез­ны­ми вы­ра­бот­ка­ми де­лит­ся на отд. час­ти (по­дэ­та­жи, слои, по­ло­сы, при­рез­ки, ус­ту­пы, ка­ме­ры, ме­ж­ду­этаж­ные, ме­ж­ду­ка­мер­ные, ме­ж­ду­па­нель­ные це­ли­ки и др.). Очи­ст­ная вы­ем­ка – тех­но­ло­гич. про­цесс из­вле­че­ния ру­ды из вы­емоч­но­го уча­ст­ка, а так­же под­дер­жание очи­ст­ных вы­ра­бо­ток и очи­ст­но­го про­стран­ст­ва, ко­то­рое мо­жет ос­та­вать­ся от­кры­тым (сво­бод­ным), за­пол­нять­ся от­би­той ру­дой, за­клад­кой или об­ру­шен­ны­ми по­ро­да­ми ли­бо под­дер­жи­вать­ся кре­пью.

В РФ же­лез­ную ру­ду под­зем­ным спо­со­бом до­бы­ва­ют 9 пред­при­ятий; в 2011 до­бы­ча же­лез­ной ру­ды рас­п­ре­де­ля­лась по сис­те­мам раз­ра­бот­ки: этаж­ная с при­ну­дит. об­ру­ше­ни­ем (57,8%), этаж­но-ка­мер­ная с по­сле­дую­щей гид­ро­за­клад­кой (24,4%), этаж­но-ка­мер­ная с об­ру­ше­ни­ем це­ли­ков (12,3%) и по­дэ­таж­ное об­ру­ше­ние (5,5%). При П. р. м. руд цвет­ных ме­тал­лов в зна­чи­тель­но боль­ших объ­ё­мах ис­поль­зу­ет­ся за­клад­ка вы­ра­бо­тан­но­го про­стран­ст­ва; слое­вая сис­те­ма с за­клад­кой твер­дею­щи­ми сме­ся­ми при­ме­ня­ет­ся при до­бы­че мед­но-ни­ке­ле­вой ру­ды на но­риль­ских руд­ни­ках (Ком­со­моль­ский, Ок­тябрь­ский, Ска­ли­стый, Тай­мыр­ский) и на ал­маз­ных руд­ни­ках ком­па­нии АЛРОСА (Ай­хал, Ин­тер­на­цио­наль­ный, Мир­ный). Этаж­но-ка­мер­ную сис­те­му с твер­дею­щей за­клад­кой при­ме­ня­ют мед­но-кол­че­дан­ные руд­ни­ки Ура­ла: Гай­ский, Уча­лин­ский, Узель­гин­ский и др.; Се­ве­ро-Ураль­ский бок­си­то­вый руд­ник ис­поль­зу­ет за­клад­ку в ог­ра­нич. объ­ё­ме. При­ме­не­ние сис­тем с за­клад­кой пре­ду­смот­ре­но на мно­гих вновь вво­ди­мых руд­ни­ках.

Продолжительность подземной разработки

Про­дол­жи­тель­ность П. р. м. за­ви­сит от обес­пе­чен­но­сти за­па­са­ми, ус­та­нов­лен­ны­ми де­таль­ной раз­вед­кой. В за­ви­си­мо­сти от ви­да до­бы­вае­мо­го сы­рья и про­из­водств. мощ­но­сти пред­при­ятия ус­та­нав­ли­ва­ют­ся сро­ки их су­ще­ст­во­ва­ния, напр., круп­ных гор­но-обо­га­ти­тель­ных ком­би­на­тов и пред­при­ятий по до­бы­че бок­си­тов, мед­ной, свин­цо­во-цин­ко­вой и ни­ке­ле­вой руд 30–40 лет, зо­ло­то­руд­ных пред­при­ятий 15–20 лет, не­боль­ших пред­при­ятий, раз­ра­ба­ты­ваю­щих бо­га­тые ме­сто­ро­ж­де­ния не­ко­то­рых ме­тал­лов и цен­ных ви­дов не­ме­тал­лур­гич. сы­рья, 5–10 лет. Кон­крет­ные сро­ки обес­пе­чен­но­сти гор­но-до­бы­ваю­ще­го пред­при­ятия раз­ве­дан­ны­ми за­па­са­ми ус­та­нав­ли­ва­ют­ся тех­ни­ко-эко­но­мич. рас­чё­том. Пре­кра­ще­ние П. р. м. и ли­к­ви­да­ция под­зем­но­го гор­но­го пред­при­ятия про­из­во­дят­ся, как пра­ви­ло, по­сле пол­ной от­ра­бот­ки или спи­са­ния ба­лан­со­вых за­па­сов ме­сто­ро­ж­де­ния и при от­сут­ст­вии пер­спек­ти­вы их при­рос­та.

Эф­фек­тив­ность П. р. м. оце­ни­ва­ет­ся сис­те­мой тех­ни­ко-эко­но­мич. по­ка­за­те­лей – об­щих (при­быль, рен­та­бель­ность, цен­ность и ка­че­ст­во осн. и со­пут­ст­вую­щих ком­по­нен­тов) и спе­ци­фи­че­ских [го­до­вое по­ни­же­ние го­ри­зон­та вы­ем­ки, под­ви­га­ние фрон­та очи­ст­ной вы­ем­ки, ко­эф. экс­плуа­та­ции – ко­ли­че­ст­во до­бы­той ру­ды (т/год), при­хо­дя­щее­ся на 1 м2 го­ри­зон­таль­ной пло­ща­ди руд­ной за­ле­жи], ха­рак­те­ри­зую­щих ин­тен­сив­ность экс­плуа­та­ции ме­сто­ро­ж­де­ния, спо­соб вскры­тия и др. П. р. м. от­но­сит­ся к про­из­вод­ст­вам с по­вы­шен­ной опас­но­стью для ра­бо­таю­щих. Для вы­пол­не­ния в под­зем­ных вы­ра­бот­ках спа­сат. и ава­рий­ных ра­бот со­зда­ны вое­ни­зи­ров. гор­но­спа­сат. час­ти, дис­ло­ци­руе­мые на всех до­бы­ваю­щих пред­при­яти­ях. Для ос­ве­ще­ния ис­поль­зу­ют ста­цио­нар­ные све­тиль­ни­ки, пе­ре­нос­ные про­жек­то­ры, имею­щие за­щит­ное ис­пол­не­ние (пы­лев­ла­го­не­про­ни­цае­мое или взры­во­бе­зо­пас­ное); шахт­ное са­мо­ход­ное обо­ру­до­ва­ние ос­на­ще­но про­жек­то­ра­ми и фа­ра­ми для ме­ст­но­го ос­ве­ще­ния, пи­таю­щи­ми­ся от си­ло­во­го элек­трич. ка­бе­ля, кон­такт­но­го про­во­да или ак­ку­му­ля­то­ра са­мой ма­ши­ны.

Пер­спек­ти­ва П. р. м. свя­за­на с наи­бо­лее пол­ным и ком­плекс­ным ис­поль­зо­вани­ем ми­не­раль­но-сырь­е­вых ре­сур­сов, усо­вер­шен­ст­во­ва­ни­ем тех­но­ло­гии и спо­со­бов ме­ха­ни­за­ции, вне­дре­ни­ем ав­то­ма­ти­зир. сис­тем управ­ле­ния тех­но­ло­гич. про­цес­са­ми и дис­тан­ци­он­но­го управ­ле­ния до­быч­ны­ми ма­ши­на­ми и ро­бо­то­тех­ни­ки.

Месторождений

Системой разработки называется порядок проведения и расположения в пределах очистного блока подготовительно-нарезных и очистных выработок, а также технология, механизация и организация производственных процессов очистной выемки. Системы подземной разработки рудных месторождений разделяются по признаку поддержания очистного пространства на три класса: с естественным поддержанием очистного пространства; с обрушением руд и налегающих пород; с искусственным поддержанием очистного пространства.

Системы с ествественным поддержанием очистного пространства(сплошную, камерно-столбовую, камерную), как правило, применяют до глубины 800 м.

Характерной особенностью камерно-столбовых систем разработки является регулярное чередование выемочных камер и разделяющих их целиков (столбов).

Камерно-столбовую систему применяют при разработке пологих и наклонных залежей мощностью от 3 до 30 м с устойчивыми рудами и налегающими породами. Применение камерно-столбовых систем обусловливает оставление в рудных целиках более 15÷20% запасов полезного ископаемого. Камерно-столбовые системы из-за больших потерь в целиках применяют в основном при выемке малоценных полезных ископаемых.

Ширина панели составляет от 80÷150 до 400÷600 м, камер 8÷20 м, целиков 4÷6 м. Размеры камер и целиков зависят от устойчивости рудного и породного массивов.

При пологом залегании рудного тела выработки основного горизонта располагают по руде на уровне почвы залежи или в подстилающих породах на глубине 4÷10 м. При наклонном залегании рудных тел – в породах (полевая подготовка).

Современные варианты камерно-столбовой системы различают по способам отбойки, транспортировки руды и формам забоя и целиков. При этом все они основываются на частичном или полном использовании самоходного оборудования для бурения, погрузки и транспортировки руды.

На рисунке 9.1 показана отработка пологой залежи мощностью 12 м и более камерно-столбовой системой с применением самоходного бурового и погрузочно-транспортного оборудования.

Рис.9.1. Очистные работы при камерно-столбовой системе разработки: 1 – ствол; 2 – массив руды; 3 – бульдозер; 4 – внутрикамерный целик; 5 – экскаватор; 6 – самоходный вагон; 7 – каретка для оборки кровли; 8 – буровая каретка

Забой обуривают четырехперфораторной буровой кареткой. Взорванную руду грузят экскаватором или ковшовым погрузчиком и доставляют автосамосвалом или самоходным вагоном. Для осмотра и оборки кровли камеры используют самоходный полок.

После взрывания и проветривания забой подготавливают к уборке руды: разбросанную взрывом руду бульдозером подгребают к забою и расчищают трассу, по которой курсирует самоходный вагон. Производительность погрузочно-доставочного комплекса составляет 200÷250 т/смену.

Основными преимуществами системы являются возможность комплексной механизации очистных работ на базе самоходного оборудования; наличие широкого фронта работ; низкая себестоимость добычи. Недостатки: опасность ведения работ в открытых камерах и большие потери руды в целиках.

Производительность труда рабочего при вариантах с самоходным оборудованием составляет 60÷80 т/смену. Расход подготовительных выработок 1,5÷2,5 м на 1000 т. Разубоживание руды не превышает 6÷7%.

Камерная система разработки с подэтажной отбойкой.

По простиранию месторождения смежные камеры разделяют междукамерными, а по падению – междуэтажными целиками, которые состоят из потолочины и днища.

Системы разработки с подэтажной отбойкой (рис. 9.2) получили широкое распространение при разработке руд черных и цветных металлов.

Высокая эффективность этой системы объясняется удобными и безопасными условиями бурения и отбойки; возможностью применения высокопроизводительных самоходных машин для бурения, погрузки и доставки руды; отсутствием крепления и принудительной доставки руды в очистном пространстве.

Варианты системы применяют при разработке устойчивых руд и вмещающих пород, мощности залежи от 5 до 20 м, углах падения более 30°, отсутствии сортов руды, требующих раздельной выемки.

При наличии участков вмещающих пород, требующих поддержания, в очистном пространстве оставляют временные внутрикамерные целики или устанавливают анкерную крепь.

Высота блока в системе обычно равна высоте этажа и составляет в среднем 50÷70 м. Ширину целиков обычно принимают не менее 10 м. Толщина междуэтажного целика в значительной степени зависит от конструкции днища блока. При наличии промежуточного горизонта выпуска она оставляет 10÷12 м, а при выпуске руды на уровень откаточного горизонта 4÷5 м. Толщина потолочины в большинстве случаев составляет 3÷5 м.

Рис. 9.2. Система с подэтажной отбойкой: 1 – подэтажные штреки; 2 – отрезной восстающий; 3 – подсечка; 4 – откаточный штрек; 5 – вентиляционный штрек; 6 – блоковый восстающий; 7 – скважины для отбойки руды

Подготовку блока осуществляют этажными штреками, ортами и блоковыми восстающими. Применяют рудную, полевую и смешанную схемы подготовки. В связи с тем, что систему подэтажных штреков применяют в основном при устойчивых рудах и вмещающих породах, горизонтальные выработки торкретируют и в случае необходимости устанавливают анкерную крепь.

К нарезным выработкам относят подэтажные штреки, отрезной восстающий, вентиляционные сбойки, выработки горизонта выпуска. Объем нарезных выработок в блоке зависит от конструкции горизонта выпуска: большее количество нарезных выработок – при наличии горизонта грохочения, меньшее – при плоском днище и выпуске на уровень откаточного горизонта.

Очистные работы в блоке состоят из разделки отрезной щели, подсечки блока (включая оформление выпускных воронок или траншеи), выемки камерных запасов руды и отработки целиков.

Для образования отрезной щели на каждом подэтаже проводят буровые орты, из которых бурят скважины на высоту подэтажа. Скважины располагают в два ряда симметрично или в шахматном порядке на расстоянии 1,5÷3,0 м. Взрывание последовательное по две-три слоя в направлении от отрезного восстающего к контуру рудного тела со стороны лежачего бока. После взрывания всех скважин на всю высоту камер образуется отрезная щель шириной 2÷3 м. При мощности рудного тела более 5 м отрезную щель иногда образуют путем взрывания комплекта скважин, пробуренных на всю высоту камеры. Длину секций (яруса) обычно принимают 5÷10 м.

Подсечку камеры ведут с опережением по отношению к линии забоя на 6÷12 м. Для подсечки камер и образования дучек обычно применяют штанговые шпуры.

Очистную выемку камерных запасов руды ведут от одного фланга к другому или от середины к границам. В первом случае отрезную щель располагают на границе с междукамерным целиком, во втором – в центре камеры.

Бурение скважин диаметром 75÷100 мм осуществляют буровыми станками пневмоударного бурения. На параметры буровзрывных работ большое влияние оказывают морфология рудного тела и характер контактов руды с вмещающими породами. Обычно расстояние между подэтажами составляет 15÷20 м.

Расположение скважин в слое может быть параллельным или веерным. Комплекты скважин на подэтажах взрывают по одному или применяют многосекционную отбойку (два-три и более комплека скважин в подэтаже).

Преимущества системы: высокая производительность труда; безопасность очистных работ; высокая интенсивность выемки и низкие потери и разубоживание при выемке камерных запасов; возможность оставления неотработанных безрудных участков и включений некондиционных руд.

К недостаткам системы относят: большой объем нарезных работ при малой высоте подэтажа; трудоемкость работ при извлечении междукамерных и междуэтажных целиков системами с закладкой; двухстадийную отработку блока (выемка камеры и целиков); невозможность выдачи руды по сортам.

Камерные системы разработки с этажной отбойкой (этажно-камерные) – системы с открытым выработанным пространством, при которых запасы руды в камерах вынимают на всю высоту этажа без разделения его на подэтажи.

Системы применяют обычно при разработке мощных и весьма мощных крутопадающих залежей с выдержанными элементами залегания, устойчивыми рудами и вмещающими породами. Руду отбивают вертикальными слоями по всей высоте или горизонтальными слоями по длине камеры.

Вариант с отбойкой руды вертикальными слоями получил распространение при разработке крепких руд. Вариант с отбойкой горизонтальными слоями применяют при разработке руд средней крепости. При отбойке вертикальными слоями потолочина обнажается по мере отработки камеры, а при отбойке горизонтальными – в последний период выемки камеры.

При разработке вертикальными слоями ширина камер 20 м, длина 40÷60 м, высота 35÷40 м при высоте этажа 60 м. Ширина междукамерного целика 10 м (рис. 9.3).

Блок подготавливают путем проведения штреков и ортов (рудных и полевых). Откаточные штреки соединяют через каждые 60 м однопутевыми ортами. Откаточный и вентиляционный горизонты соединяют блоковыми восстающими, которые проходят в междукамерных целиках.

Рис. 9.3. Этажно-камерная система разработки: 1 – откаточный штрек; 2 – орты скреперования; 3 – выпускные траншеи; 4 – буровые выработки; 5 – скважины для образования отрезной щели; 6 – скважины для отбойки руды в камере; 7 – массив руды в камере; 8 – междукамерный целик

Нарезные работы состоят в проведении в кровле откаточных штреков, ортов скреперования, которые посередине длины камеры сбиваются вентиляционным штреком с восстающими, проходке дучек через 5÷7 м и траншейного орта. Буровой горизонт располагают ниже вентиляционного или на его уровне. На буровом горизонте нарезные работы состоят в проведении буровых ортов и буровых штреков.

Массив руды разбуривают на всю высоту камеры параллельными глубокими скважинами. Скважины бурят из буровых выработок, расположенных в верхней части блока. Для доставки руды используют высокопроизводительное оборудование.

Производительность забойного рабочего составляет 35÷100 т в смену. Расход подготовительно-нарезных выработок 3÷9 м на 1000 т, потери руды 3÷8%, разубоживание 3÷8%.

К преимуществам систем с обрушением руд и вмещающих пород относят: низкую себестоимость очистных работ; высокую производительность труда. Основными недостатками являются: значительные потери и разубоживание руды при отработке целиков массовым обрушением; сложность осуществления селективной выемки руды.

В процессе очистной выемки обрушается подсеченный снизу и сбоку массив руды подэтажа или этажа. Выпуск руды производят под обрушенными налегающими породами, которые заполняют выработанное пространство.

Обрушение подсеченного массива руды может происходить под действием взрыва зарядов, помещенных в шпурах, скважинах или минных камерах, расположенных в обрушаемом массиве, или под действием собственного веса массива и горного давления.

Системы с отработкой блоков сверху вниз подэтажами называют системами подэтажного обрушения. Системы с обрушением руды на высоту этажа называют системами этажного обрушения.

Системы применяют при неустойчивых вмещающих породах возможности обрушения поверхности; незначительной ценности руд; отсутствии склонности к самовозгоранию.

Наибольшее распространение системы с обрушением руд и вмещающих пород получили при разработке крупных железорудных и полиметаллических месторождений.

Применение новых вариантов системы подэтажного обрушения, связанное с совершенствованием средств и способов отбойки и доставки сопровождается увеличением высоты подэтажа и повышением производительности труда.

Системы подэтажного обрушения широко применяют на железных, медных и полиметаллических рудниках. В этом случае потери и разубоживание руды бывают более высокими, так как выпуск рудной массы происходит при непосредственном контакте с обрушенными налегающими породами.

Варианты системы подэтажного обрушения различают по способу разрушения рудного массива (скважинами, самообрушением) и по способу выпуска (выпускные воронки или траншеи, с торцовым выпуском).

При всех вариантах систем подэтажного обрушения этаж высотой 60÷80 м делят на блоки, блок – на подэтажи, подэтаж – на панели. Блок по простиранию имеет ширину 40÷50 м, длина блока соответствует мощности рудного тела. Высота подэтажей от 10÷12 до 30÷40 м (в зависимости от применяемого варианта системы и способа отбойки руды). Ширина панели принимается 7÷30 м.

Схему подготовки блока согласовывают с расположением панелей по простиранию (штрековая) или вкрест простирания (ортовая).

При штрековой схеме рудное тело в пределах этажа разделяют на блоки длиной 40÷50 м. Длина блока зависит от способа доставки и характера проявлений горного давления.

Вариант системы подэтажного обрушения с торцевым выпуском руды применяется главным образом в крепких рудах. Он характеризуется простотой конструкции (совмещение горизонтов отбойки, выпуска и доставки руды) и высокой степенью механизации добычных работ на основе применения самоходного оборудования для бурения, погрузки и доставки руды (рис. 9.4).

Подготовительные работы заключаются в проведении полевого штрека, рудоспуска и блокового восстающего. Рудоспуски обычно проводят через 50÷60 м. Через 400÷500 м между главными горизонтами проводят уклоны для доставки с горизонта на горизонт и в отдельные подэтажи самоходного оборудования. На каждом подэтаже высотой 10÷15 м проводят подэтажные штреки, соединяемые с рудоспуском и восстающим квершлагом. Из подэтажного штрека через 6÷7 м до висячего бока проходят подэтажные орты. Руду отбивают веерными комплектами зарядов в направлении от висячего бока к лежачему. После взрыва рудную массу грузят и доставляют до рудоспуска погрузочно-доставочными машинами. Объем нарезных работ небольшой в связи с отсутствием дучек и выпускных воронок. Производительность труда одного рабочего в очистных работах достигает 80÷90 т/смену, по руднику – 20÷30 т/смену, потери и разубоживание руды – 15÷20%.

Рис. 9.4 Вариант системы подэтажного обрушения: 1 – блоковый восстающий; 2 – рудоспуск; 3 – подэтажные штреки; 4 – обрушенные породы; 5 – отбитая руда

Систему этажного принудительного обрушения применяют при разработке мощных рудных тел средней крепости и крепких, различной устойчивости.

В зависимости от расположения компенсационных камер и величины компенсационного пространства. различают три варианта системы: с отбойкой на горизонтальные компенсационные камеры; с отбойкой на вертикальные компенсационные камеры; без компенсационных камер (на зажатую среду).

При применении системы с отбойкой руды глубокими скважинами на горизонтальные компенсационные камеры (рис. 9.5) рудное тело в этаже отрабатывают отдельными блоками размером в плане от 20×30 до 50×50 м. Высота этажа 60÷80 м. Отличие данной системы разработки от системы подэтажного обрушения в том, что руда обрушается на компенсационные камеры сразу на всю высоту.

Подготовительные работы заключаются в проведении откаточных штреков (полевого – в лежачем боку и рудного – у висячего бока); выработок горизонта скреперования и подсечки; буровых и вентиляционных восстающих; буровых камер, рудоспусков и дучек.

Начальной стадией очистной выемки является образование горизонтальных компенсационных камер, между которыми оставляют временный целик шириной 4÷6 м. Камеры обычно образуют одним из вариантов системы подэтажного обрушения. В период выемки камер производят обуривание массива блока глубокими скважинами. Из каждой буровой камеры обычно бурят два или более комплектов скважин. Временные целики между компенсационными камерами обуривают скважинами. При массовом взрыве в первую очередь обрушают временные целики, а затем послойно отбивают массив руды.

Рис. 9.5. Система этажного принудительного обрушения с отбойкой руды на компенсационные камеры горизонтальными слоями: 1 – откаточный штрек; 2 – орт скреперования; 3 – порода; 4 – блоковый восстающий; 5 – рудоспуск

В каждом слое все скважины обычно взрывают одновременно, а слои с замедлением, используя детонаторы замедленного действия. После проветривания и ремонтных работ приступают к массовому выпуску отбитой руды под обрушенными породами.

При системах с закладкой выработанное пространство в процессе подвигания фронта очистных работ заполняют закладочным материалом. Операция закладки входит в цикл очистных работ.

При мощности месторождений 0,6÷1,0 м применяют системы с получением закладочного материала от подрывки боковых пород, при большей мощности – с закладкой, поступающей с поверхности. Доставка закладки с поверхности в шахту (до закладочного горизонта) обычно производится самотеком по специальным по рудоспускам или скважинам, реже – гидротранспортом.

Системы характеризуются высокими показателями извлечения и применяются в основном при разработке ценных руд. Несмотря на высокую себестоимость добычи, удельный вес систем постоянно увеличивается. Это происходит вследствие механизации закладочных работ, перехода горных работ на большие глубины и предъявляемых требований к рациональному использованию недр.

Системы разработки горизонтальными слоями с применением самоходного оборудования применяют для месторождений средней и большой мощности с устойчивым рудным массивом. Самоходное оборудование при подготовке блоков используют на очистных работах и в ?