Дипломная работа: Проект отработки запасов нижних горизонтов основной рудной залежи Орловского месторождения

В породах I и II категории устойчивости выработкам, проходимым без крепи или с изолирующей набрызгбетонной крепью, целесообразно придавать сводчатую форму сечения (стены вертикальные, свод коробовый трехцентровый) с отношением высоты свода к ширине выработки, равным 1/4 или 1/3.

При проходке выработок в породах III, IV или V категорий устойчивости и креплении их штангами в комбинации с набрызгбетоном или монолитным бетоном поперечным сечениям выработок также следует придавать сводчатую форму с отношением высоты свода к ширине, равным 1/3. При металлической крепи форма сечения рекомендуется арочная, при деревянной - трапециевидная.

Сопряжения горизонтальных выработок выполняются по типовым проектам "Сопряжения горизонтальных откаточных выработок для рудников черной металлургии" института "Кривбасспроект" или по проектам института "Казгипроцветмет".

В восстающих выработках рекомендуется наиболее устойчивая эллиптическая форма поперечного сечения с расположением большей полуоси в направлении очагов разрушения массива.

На основании анализа горно-технических условий и опыта отработки Орловского месторождения установлено, что большинство горно-капитальных и горно-подготовительных выработок необходимо крепить.

Для крепления и поддержания горных выработок следует предусматривать набрызгбетонную, штанговую, комбинированную (штанги, набрызгбетон), монолитную бетонную (железобетонную) и арочную металлическую крепи.

При выборе типа крепи необходимо учитывать устойчивость пород, глубину заложения выработки и срок ее службы.

В весьма устойчивых породах (I категория) выработки можно проходить без крепи.

В устойчивых породах (II категория) выработки также можно проходить без крепи, но на участках трещиноватых пород, склонных к выветриванию, необходимо возводить набрызгбетонную крепь толщиной 2¸3 см.

В породах средней устойчивости (III категория) следует применять штанговую крепь, а в сильно трещиноватых и склонных к выветриванию породах - комбинированную крепь из штанг и набрызгбетона.

В неустойчивых породах (IV категория) целесообразно применять поддерживающие крепи: деревянную рамную, бетонную, арочную металлическую.

В весьма неустойчивых породах (V категория) следует применять арочную металлическую крепь из спецпрофиля или арочную металлическую в комбинации с бетоном и с дополнительным упрочнением пород штангами.

На участках, где не допускается отставание крепи, проходка и крепление выработок осуществляются по специальным проектам, которые должны предусматривать мероприятия по упрочнению приконтурного массива.

Выбор места размещения выработки следует производить с учетом устойчивости окружающих ее пород, а также общих компоновочных решений всего комплекса выработок. Для улучшения условий поддержания и обеспечения работоспособности выработки в течение длительного времени ее следует располагать по возможности в устойчивых породах, а при необходимости предусматривать меры охраны и защиты выработок и крепи.

Характеристики материалов крепи должны отвечать требованиям стандартов, положений СНиП и рекомендациям специализированных организаций.

В зоне сопряжений выработок смещения пород и нагрузки на крепь выше, чем в одиночных выработках, что предопределяет особенности выбора типа и параметров крепи для этих участков.

Кровлей очистных выработок при нисходящей слоевой системе разработки, за исключением первых слоев на подэтажах, является закладочный массив, качество и устойчивость которого зависят от многих факторов и могут изменяться в широких пределах. При этом устойчивость искусственной кровли зависит не только от прочности несущего слоя, но и от порядка отработки заходок в слое.

На первом этапе освоения нисходящей слоевой системы разработки считалось, что достижение нормативной прочности искусственной кровли, рассчитанной по условию устойчивости горизонтального обнажения, обеспечивает безопасность горных работ. Поэтому "Инструкцией по выбору типа и параметров крепи горных выработок…" предусматривалась установка сигнальных стоек. Однако опыт показал, что это относится только к заходкам первой очереди, когда несущий слой искусственной кровли опирается на жесткие рудные опоры. При отработке заходок последующих очередей в результате объективно существующего недозаклада выработанного пространства по всей длине заходки (усадка закладочного массива на 6¸10 % при твердении и дренировании воды) и малого модуля деформации малопрочного закладочного массива в ранние сроки твердения (50¸70 МПа) пролет подработки несущего слоя возрастает и кровлю приходится крепить. Объемы крепления очистных выработок в настоящее время достигают 40 % от общей их протяженности.

Особую сложность представляет поддержание разрезных выработок, которые обычно располагают по центру слоя. Эти выработки служат в течение всего срока отработки слоя. В связи с тем, что выемка заходок производится из разрезных выработок в обе стороны, они представляют собой непрерывную цепь сопряжений. В соответствии с требованиями ЕПБ [3] сопряжения выработок необходимо крепить. В процессе проходки разрезные выработки крепят в зависимости от устойчивости рудного или закладочного массива [35]. По мере отработки заходок в районе сопряжения устанавливают рамную крепь (крепь КВК или арочная крепь из спецпрофиля). На последней стадии отработки слоя крепь разрезных выработок воспринимает повышенные нагрузки из-за увеличенных пролетов, которые обусловлены недозакладом, образующимся в результате усадки закладочной смеси при ее твердении. Поэтому для обеспечения безопасности горных работ разрезные выработки рекомендуется крепить арочной металлической трехзвенной крепью из спецпрофиля с величиной податливости до 300 мм, а на сопряжении в районе недозаклада устанавливать стойки или возводить "костры".

6. СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ

6.1. Выбор систем разработки

В соответствии с проектами Казгипроцветмета Орловское месторождение с самого начала его эксплуатации отрабатывается системами с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями. Применение этих систем обусловлено высокой ценностью руды, пожароопасностью отдельных участков с повышенным содержанием пиритной серы, а также недостаточной устойчивостью руд и вмещающих пород.

Запасы шестого, седьмого и частично восьмого горизонтов отработаны этажно-камерной и подэтажно-камерной системами разработки с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями и применением сначала переносного, а затем самоходного оборудования. Из-за недостаточной устойчивости руд и вмещающих пород на отдельных участках в процессе отработки камер III и IV очередей происходили самообрушения пород висячего бока, что приводило к значительным потерям (до 10-15 %) и разубоживанию (до 15-20 %) руды. С целью снижения потерь и разубоживания руды на руднике были испытаны различные варианты слоевой системы разработки (с восходящей и нисходящей выемкой слоев) с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями. Положительные результаты были получены в процессе испытаний слоевой системы разработки с нисходящим порядком выемки слоев заходками в несколько очередей. Применение этой системы позволило снизить потери и разубоживание руды соответственно до 4,5¸7,5 %. В настоящее время удельный вес добычи руды этой системой достиг 95-96 %.

В процессе отработки запасов девятого и десятого горизонтов на Орловском руднике были отмечены случаи динамических проявлений горного давления в виде интенсивного заколообразования, шелушения и стреляния пород, количество которых возрастало по мере увеличения глубины разработки. Причем эти явления происходили, как правило, при выемке сплошных барит-полиметаллических, полиметаллических, медно-цинковых и медно-колчеданных руд, которые расположены в висячем боку и в центральной части рудного тела. По своим физико-механическим свойствам сплошные разновидности руд склонны к хрупкому разрушению, что и обусловливает динамические формы проявления горного давления. При отработке вкрапленных медно-колчеданных руд, которые, в основном, расположены в лежачем боку рудного тела, такие случаи не были зафиксированы.

В соответствии с "Временными указаниями по безопасному ведению горных работ на Орловском месторождении, склонном к горным ударам" следует соблюдать следующие принципы безопасного ведения горных работ, направленные на снижение горного давления:

- необходимо обеспечить планомерную отработку месторождения без образования концентрации напряжений в массиве пород;

- использовать при возможности разгрузочные щели и опережающую отработку защитных слоев, применять системы разработки со сплошной выемкой руды без оставления целиков.

Характерной особенностью нисходящей слоевой системы разработки является нахождение людей в очистном пространстве в процессе ведения очистных работ. Именно это обстоятельство и предопределяет повышенную опасность для работающих. Поэтому при отработке запасов нижних горизонтов Основной залежи нисходящую слоевую систему разработки целесообразно применять только для выемки неустойчивых вкрапленных медно-колчеданных руд.

Устойчивые и средней устойчивости сплошные барит-полиметаллические, полиметаллические и медно-цинковые руды рекомендуется отрабатывать подэтажно-камерной системой разработки со сплошной выемкой руды и закладкой выработанного пространства твердеющими смесями. При этой системе исключается пребывание людей в очистных выработках, в результате чего повышается безопасность горных работ. Сплошной порядок отработки камер и периодическое взрывание зарядов ВВ в скважинах, вызывающее сотрясательное воздействие на массив, обусловливают разгрузку его краевой части и способствуют переходу массива в неудароопасное состояние. Доработку запасов Основной залежи на 1¸4 и 7¸11 горизонтах следует производить по локальным проектам с применением нисходящей слоевой или подэтажно-камерной системы разработки в зависимости от конкретных горно-геологических и горно-технических условий намечаемого к отработке участка. При этом возможно использование как самоходного, так и переносного оборудования.

Ниже приведены ожидаемые удельные веса различных вариантов систем разработки с учетом доработки запасов на верхних горизонтах Основной залежи:

-  слоевая система разработки с нисходящим порядком выемки слоев с применением самоходного оборудования и закладкой выработанного пространства твердеющими смесями – 70 %;

-  подэтажно-камерная система разработки со сплошным порядком отработки камер с применением самоходного оборудования и закладкой выработанного пространства твердеющими смесями – 20 %;

-  слоевая система разработки с нисходящим порядком выемки слоев с применением переносного оборудования и закладкой выработанного пространства твердеющими смесями – 5 %;

-  подэтажно-камерная с применением переносного оборудования и закладкой выработанного пространства твердеющими смесями –5 %.

6.2. Отработка запасов 12¸13 горизонтов Основной залежи

ВНИИцветметом совместно с КБ Орловского рудника был выполнен проект отработки первого подэтажа блока 12с 11 горизонта, в соответствии с которым в настоящее время ведется его отработка. В блоке 12с 11 горизонта предусмотрено применение двух систем разработки: нисходящей слоевой для отработки неустойчивых руд, приуроченных к лежачему боку рудного тела, и подэтажно-камерной для отработки устойчивых руд, приуроченных к висячему боку рудного тела.

Настоящим проектом отработку запасов 12¸13 горизонтов Основной залежи рекомендуется осуществить по аналогии с вышеприведенной схемой для первого подэтажа блока 12с 11 горизонта.

На рис. 6.1 показана принципиальная схема подготовки и отработки второго рудного тела Основной залежи (блок 12с 12 горизонта). Второе рудное тело между 11 и 12 горизонтами средней длиной по простиранию 230 м, средней горизонтальной мощностью 80 м и углом падения 40¸450 представляет собой один выемочный участок (блок) с геологическими запасами руды 2,85 млн.т.

6.2.1 Горно-геологическая и горно-техническая характеристика 12 горизонта Основной залежи

Рудное тело сложено сульфидами меди, свинца, цинка и сульфатом бария и включает все природные типы руд, встречающиеся на Орловском месторождении. Висячий бок рудного тела представлен устойчивыми сплошными барит-полиметаллическими рудами. Коэффициент крепости изменяется от 12 до16, а горизонтальная мощность от 30 до 50 м. В средней части рудного тела располагаются сплошные медно-колчеданные и медно-цинковые руды. Горизонтальная мощность их составляет 3¸15 м. Коэффициент крепости - 8¸10. Устойчивость этих руд средняя. В лежачем боку рудного тела залегают вкрапленные медно-колчеданные руды горизонтальной мощностью 20¸30 м. Коэффициент их крепости 5¸7. Вкрапленные руды хлоритизированы и серицитизированы, поэтому являются неустойчивыми. Породы висячего бока представлены неустойчивыми кремнисто-глинистыми и туфогенными алевролитами мощностью до 20 м. Коэффициент их крепости составляет 5¸6, а на отдельных участках увеличивается до 10¸12. Породы лежачего бока представлены в основном слабыми и неустойчивыми хлоритолитами мощностью до 25 м. Коэффициент их крепости 4¸6.

6.2.2 Подготовка выемочного участка

Подготовка выемочного участка (блока) к очистной выемке начинается после окончания горно-капитальных работ на 12 горизонте и включает в себя проходку следующих первоочередных выработок:

-  участкового спирального съезда с 12 на 11 горизонт, располагаемого в средней части выемочного участка в породах лежачего бока в 40-60 м от рудного тела, а также заездов из спирального съезда на уровне подэтажей, которые проходят через 16-17 м по высоте этажа;

-  блоковых рудо- и породоспусков с 12 горизонта до первого подэтажа;

-  фланговых вентиляционно-ходовых восстающих;

-  горно-подготовительных выработок первого (верхнего) подэтажа со сбойкой их с вентиляционно-ходовыми восстающими;

-  вентиляционно-закладочных и горно-подготовительных выработок первого слоя в первом подэтаже.

По окончании проходки выработок на уровне первого подэтажа и обеспечения их сквозного проветривания приступают к проходке экспло-разведочных выработок на этом подэтаже, а затем к проходке подготовительных и экспло-разведочных выработок на втором и третьем подэтажах.

6.2.3 Порядок отработки выемочного участка

После уточнения контуров рудного тела выполняют локальный (рабочий) проект отработки первого подэтажа. При этом рудную площадь выемочного участка (блока) разделяют на северный и южный участки, которые, в свою очередь, делятся на панели 1, 2 и 3, 4 (см. рис. 6.1). Четные (восточные) панели 2 и 4, расположенные со стороны лежачего бока рудного тела, отрабатываются нисходящей слоевой системой разработки, а нечетные (западные) панели 1 и 3 - подэтажно-камерной системой разработки с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями.

В локальных (рабочих) проектах на отработку запасов блока (подэтажа) принимается один из следующих возможных порядков отработки:

первоочередная нисходящая слоевая выемка слабоустойчивых руд в панелях 2 и 4 и последующая выемка устойчивых руд подэтажно-камерной системой разработки в панелях 1 и 3, или наоборот;

перекрестная выемка панелей, когда сначала отрабатываются соответствующими системами разработки панели 2 и 3, а затем панели 1 и 4, или наоборот.

Принятый порядок отработки подэтажа должен быть увязан с техническими решениями по транспорту горной массы, закладке выработанного пространства и проветриванию горно-подготовительных и очистных выработок.

6.2.4 Нисходящая слоевая система разработки с закладкой  выработанного пространства твердеющими смесями

Запасы панелей 2 и 4 на каждом из подэтажей отрабатываются слоями в нисходящем порядке (см. рис. 6.1).

На каждый слой высотой 3,5 м или на два-три слоя из спирального съезда проходят слоевой заезд (орт), из которого на северный и южный участки проходят разрезные штреки до сбойки их с фланговыми вентиляционно-ходовыми восстающими. При горизонтальной мощности слабоустойчивых руд до 25 м разрезные штреки в слоях проходят по устойчивым рудам, а при горизонтальной мощности более 25 м разрезные штреки располагают в центральной части по ширине панелей. Сечения слоевых ортов и разрезных штреков принимаются из условий передвижения по ним погрузочно-доставочных машин и расположения в выработках вентиляционного трубопровода диаметром не менее 600 мм, а также водяных и воздушных трубопроводов.

Очистная выемка в слоях включает в себя проходку очистных заходок и последующую их закладку твердеющей смесью. Заходки шириной 4,0 м и высотой 3,5 м проходят из слоевого разрезного штрека до границы панели. При этом между одновременно отрабатываемыми заходками оставляют рудный, искусственный или комбинированный (рудный и искусственный) целик шириной не менее 8 м. В слое в одновременной выемке может находиться до четырех заходок и столько же заходок в процессе их крепления или закладки. Выемку заходки рядом с ранее заложенной можно начинать не ранее чем через 7 суток со дня окончания закладочных работ, когда прочность массива закладки достигнет 0,7¸1,0 МПа. В зависимости от горизонтальной мощности рудного тела заходки в слое располагают вкрест или под углом к простиранию рудного тела. При этом заходкам придается уклон в 3-60 в сторону растекания закладочной смеси с целью обеспечения максимального заполнения пространства заходок твердеющей смесью.

При недостаточно устойчивой кровле следует предусматривать крепление заходок стойками, деревянными и металлическими рамами вразбежку или податливой металлической крепью с затяжкой кровли. Для обеспечения безопасной отработки заходок в нижележащих слоях в отрабатываемом слое необходимо создавать искусственный массив с прочностью нижнего несущего слоя не менее 4 МПа. Толщина несущего слоя должна быть не менее 1,5 м у перемычки. С этой целью необходимо применять следующую технологию закладки отработанных заходок.

После зачистки заходки на ее почву укладывают спиральные армирующие элементы, в устье заходки у разрезного штрека сооружают перемычку. Закладочную смесь за перемычку сначала подают с повышенным расходом цемента (250 кг/м3), до заполнения заходки на высоту несущего слоя (1,5 м у перемычки). Заполнение остальной части выработанного пространства заходки производят твердеющей смесью с пониженным расходом цемента до 150-170 кг/м3, что обеспечивает достижение прочности массива закладки не менее 1,5¸2,0 МПа в 90 суточном возрасте. Выработанное пространство заходок последней очереди можно дозакладывать безцементной смесью (дробленной породой или хвостами обогатительной фабрики).

Оптимальная длина заходок для их заполнения твердеющими смесями составляет 25 м (по условиям расслоения смеси при растекании), поэтому при большей их длине следует применять посекционную закладку заходок с расстоянием между временными перемычками не более 25 м.

Отработка слабоустойчивых руд как на северном, так и на южном участках ведется слоями сверху вниз в одном подэтаже или одновременно в двух подэтажах в зависимости от подготовленности подэтажей к очистной выемке. При этом толщина рудного целика или закладочного массива между одновременно отрабатываемыми слоями в смежных подэтажах должны быть не менее высоты подэтажа. Последний слой между искусственными массивами отрабатывают секциями вприрезку от центра выемочного участка к флангам рудного тела с целью повышения полноты выемки и безопасности очистных работ.

Технико-экономические показатели по этой системе разработки приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1-Технико-экономические показатели по системам разработки Основной залежи

Показатели	Единица измерения	Нисходящая слоевая система разработки	Подэтажно-камерная система разработки со сплошной выемкой
Геологические запасы руды в блоке	тыс. т	550¸1500	450¸1300
Удельный объем горно-подготовительных и нарезных работ  в том числе по руде  по породе	м3/1000 т м3/1000 т м3/1000 т	28¸35 21¸27 7¸8	43¸65 38¸50 5¸15
Производительность труда забойного рабочего при проходке горизонтальных выработок	м3/чел.-см.	8,5	8,5
Производительность труда забойного рабочего при проходке вертикальных выработок	м3/чел.-см.	2,5	2,5
Продолжение таблицы 6.1
Показатели	Единица измерения	Нисходящая слоевая система разработки	Подэтажно-камерная система разработки со сплошной выемкой
Производительность труда забойного рабочего по системе	м3/чел.-см.	16¸20	21¸23
Потери руды	%	4,2	4,8
Разубоживание руды	%	5,5	6,7
Производительность блока	тыс.т/мес.	18¸20	20¸25

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12