Рудная масса по своему строению представляет сплошное сыпучее тело, состоящее из частиц разных форм и размеров. Механические свойства такого сыпучего тела определяются формой частиц, взаимным их расположением и характером связи между частицами.
Прежде всего на процесс истечения влияет зависимость сопротивления сдвигу, которая определяется величиной давления налегающих руд и пород и структурного сцепления
Различают идеально сыпучую среду, где действуют только силы трения, а tо = 0 и связано сыпучую среду, где имеет место структурное сцепление. Например, среда представленная частицами размером менее 5 мм не имеет структурного сцепления, т. к. поверхность соприкосновения ничтожно мала. С другой стороны, среда, содержащая частицы фракции 0,05÷0,005 мм в объеме более 25 %, при наличии влаги 5÷20 %, склонна к слеживанию. Поэтому переизмельчение руды при отбойке не допускается. Также следует учитывать, что при перепуске рудной массы по рудоспускам она подвергается дополнительному измельчению, насыщается водой и с течением времени слеживается.
|
|
Коэффициент разрыхления Кр показывает во сколько раз объем породы в разрушенном состоянии больше, чем в естественном массиве. Кр обычно составляет 1,5÷1,7.
Коэффициент разрыхления отбитой руды непостоянен по толщине и высоте разрушенного слоя и снижается во времени, если среда неподвижна.
Для комплексной оценки сыпучих свойств среды используют показатель сыпучести р, который зависит от крупности кусков, гранулометрического состава, коэффициента разрыхления, коэффициента внутреннего трения:
Геометрически показатель сыпучести является радиусом вершины кривизны параболы и измеряется в метрах. В целом значения показателя сыпучести рудной массы на действующих рудниках изменяются от 0,3 до 1,3 м.
Рекомендуется принимать для руд ниже средней крепости (f = 6÷10), хорошо дробимых, слоистых, трещиноватых р = 0,45÷0,55. С увеличением степени дробления и коэффициента разрыхления среды Кр=1,4-1,5 показатель сыпучести принимать р = 0,35÷0,4. При отбойке на зажимающую среду показатель сыпучести среды уменьшается до 0,2÷0,3.
Для рудников Норильского, Тырнаузского и др. (руда крепкая, крупнокусковая) установлена следующая зависимость:
Кр 1,08 1,13 1,21 1,3 1,4
р 0,55 0,65 0,8 0,85 1,05.
Для рудников горной Шории при коэффициенте разрыхления Кр=1,5 - 1,7 показатель сыпучести рудной массы достигает р=0,95-1,24.
Для апатитовых рудников Кольского полуострова при отбойке на зажимающую среду р = 0,55, при отбойке на компенсационное пространство р = 0,95 - 1,25.
Самотечная доставка руды
Самотеком доставляют руду под действием собственной силы тяжести по очистному пространству или по рудоспускам. Самотечные способы доставки руд являются одними из самых низкозатратных.
|
|
Для реализации самотечной доставки руд по очистному пространству угол падения залежи может быть различным, но благоприятнее крутое падение, при котором все выпускные и доставочные выработки располагаются в рудном теле. Мощность залежи при крутом падении может быть любой, а при пологом и наклонном она должна быть не менее 15-20 м, чтобы окупились расходы на образование выработок для выпуска и доставки руды в лежачем боку.
Самотечной доставкой руды по очистному пространству (обычно в комбинации с последующей механизированной доставкой по подготовительным выработкам) доставляют приблизительно 90% железных руд, около 50% руд цветных металлов и практически 100% фосфатных руд. Отбитая руда под действием силы тяжести перемещается по очистному пространству к выпускным выработкам, пройденным в основании блока. Из которых руда грузится непосредственно в вагоны или в средства механизированной доставки.
Очистное пространство в одних случаях поддерживается естественно за счет устойчивости руд и окружающих пород (открытое очистное пространство) или заполняется отбитой рудой (рис. 3.12а). В других случаях очистное пространство по мере выпуска руды заполняется обрушенными породами, и тогда выпускают руду под налегающими обрушенными породами (рис. 3.12б). Качество руды при открытом очистном пространстве постоянно, а при выпуске под налегающими породами оно изменчиво.
При доставке руды в открытом очистном пространстве иногда используют специальные устройства, которые направляют отбитую руду к месту погрузки: рештаки, настилы (рис. 3.13).
Для самотечной доставки в центре или по границам очистного блока оборудуются рудоспуски, площадью сечения 1,5-2 м2, с погрузочными люками. Рудоспуски отшиваются от очистного пространства, закладочного массива, ходового отделения деревом или металлом (см. рис. 3.13), возможно
Выпускные выработки
При донном выпуске отбитая руда по очистному пространству самотеком поступает в рудоприемные траншеи, воронки, рудоспуски или щели, образованные в основании блока, из них в выпускные выработки, и далее - либо в выработки для механизированной доставки руды, либо (реже) в люки для погрузки в вагоны электровозной откатки.
Рудоприемные воронки целесообразно применять главным образом при малой мощности залежей или неустойчивых рудах и под целиками.
Форма воронок ясна из их названия (рис. 3.4). Непосредственно в основании воронки располагаются выработки – дучки, по которым ведется выпуск руды. В горизонтальном сечении воронки могут быть круглыми, прямоугольными, эллипсовидными и квадратными Воронки могут иметь одностороннее или двустороннее расположение, соосное или в шахматном порядке (двустороннее, соосное расположение воронок см. на рис. 3.4).
Сопряжение доставочной выработки с дучкой может быть: а) с нишей; б) без ниши (рис. 3.5).
При выборе размеров воронки необходимо учитывать, что малая площадь воронки ведет к увеличению числа надштрековых целиков, но обеспечивает более равномерный выпуск и снижение потерь, а увеличение размеров воронки вызывает рост потерь в межвороночном пространстве. Если руды рыхлые и склонны к слеживанию, то диаметр воронки обычно не превышает 4÷7 м, в скальных породах – 6÷10 м. По условию устойчивости диаметр воронки должен быть не менее 3,5 м.
Образуют воронки шпурами или штанговыми шпурами (рис. 3.6). Шпуровой метод применяют в маломощных залежах и, иногда, при весьма крепких рудах: обычно проходят вертикальную выработку, а затем расширяют ее шпурами до проектных контуров воронки (см. рис. 3.6, I). При пониженной устойчивости руды в последнюю очередь взрывают шпуры опережающего забоя восстающего и штанговые скважины, пробуренные вокруг него.
|
|
В большинстве случаев производят над воронками низкую (высотой 2÷3 м) подсечку на всей площади очистных камер, а если руда достаточно устойчива, то и на части площади под целиками.
Подсечка – пространство, высотой 2÷3 м, отделяющее запасы блока от днища.
Штанговыми скважинами образуют воронки в мощных и средней мощности залежах. Проходят короткий восстающий, пробуривают из него один-два кольцевых комплекта крутонаклонных восходящих штанговых скважин, взрывом зарядов в которых и образуют воронку (см. рис. 3.6, II).
По отношению к отбойке основных запасов воронки оформляют заблаговременно или одновременно с небольшим (несколько десятков миллисекунд) опережением.
Особенность образования воронок под целиками состоит в следующем. Перед разрушением целика, разделывают воронки на максимально возможной площади (по условию устойчивости целика). Но основную часть, а иногда и все воронки приходится образовывать одновременно с обрушением целика. Для этого проходят заблаговременно короткие восстающие и из них пробуривают один-два кольцевых комплекта штанговых скважин или шпуров. Заряды взрывают в следующей последовательности: в первую очередь - внутреннее кольцо скважин, с замедлением - внешнее кольцо, а затем с еще большим замедлением - заряды в целиках.
Основной недостаток применения воронок – высокая трудоемкость работ при образовании воронки.
Рудоприемные траншеи появились намного позднее воронок. Одна траншея заменяет один или два продольных ряда воронок (рис. 3.7). Траншеи применяют преимущественно в залежах мощных и средней мощности с устойчивыми рудами.
Имеются различные варианты траншей (рис. 3.8). Траншеи в поперечном сечении имеют форму опрокинутой трапеции, прямоугольника или прямоугольника с лежащей на нем опрокинутой трапецией. К основанию траншеи пройдены выпускные выработки; при устойчивой руде они могут иметь увеличенный (до 3÷4 м и более) размер по длине траншеи.
|
|
В результате формирования траншей вынимают нижнюю часть камер или блоков, подсечку осуществляют одновременно с погашением вышележащих запасов или с опережением при образовании траншеи (в этом случае применение траншей называют траншейной подсечкой).
В крутых залежах при наклонном основании блока почва траншеи может быть расположена на уровне горизонта механизированной доставки или транспорта руды, выпускают руду из траншеи через горизонтальные сбойки - ниши или заезды (см. рис. 3.8).
Образование траншеи. Обычно в основании будущей траншеи проводят траншейный орт или штрек (рис. 3.9,а). Из него пробуривают вертикальные веера скважин и затем взрывают веера скважинных зарядов последовательно на отрезную щель, в результате чего по длине выработки постепенно образуется траншея высотой 5÷12 м.
Иногда образуют из одного орта (штрека) две траншеи веерами скважин, пробуренных горизонтально и сверху вниз (см. рис. 3.9,б). Этот вариант применяют при последующем самообрушении подсеченной руды, через торец буровой выработки наблюдают за ходом самообрушения.
Достоинства траншей по сравнению с воронками: руду в траншеях отбивают скважинными зарядами, при этом производительность работ примерно сопоставима с производительностью работ на очистной выемке; исключаются трудоемкие работы по проходке узких вертикальных выработок, требуемых для разделки воронок; исключается отдельная стадия подсечки; снижается запас руды в трудно извлекаемых целиках основания блока.
Основным недостатком траншейного днища является недостаточная его устойчивость в условиях руд средней и малой крепости.
Ширина траншей и воронок принимается из следующих соображений. Уменьшение ширины выпускных выработок приводит к снижению запаса руды в межтраншейных (межвороночных) гребнях, из которых 50-70% запасов неизбежно теряется; сокращаются потери отбитой руды на гребнях при выпуске под налегающими обрушенными породами; при магазинировании руды облегчается ликвидация сводов зависания и равномернее опускается поверхность магазина.
Ограничительными факторами уменьшения ширины траншей (воронок) являются: минимально допустимая толщина межтраншейных (межвороночных) целиков по условию прочности, с учетом нарушения их взрывами для ликвидации заторов руды при выпуске; минимальное расстояние между выпускными отверстиями по условию размещения оборудования, работающего на выпуске руды, например, - питателей или самоходных машин.
С учетом этих ограничений ширина траншей (воронок) принимается:
- при выпуске руды вибропитателями - обычно около 10 м, иногда до 12-15 м;
- при скреперной доставке - обычно 6-8 м, но может составлять от 4-5 до 10-12 м.
Меньшие значения здесь относятся главным образом к менее крепким и устойчивым рудам, в которых требуется надежное крепление доставочных, а иногда и выпускных выработок при любой ширине воронок.
Расстояния между выработками выпуска (дучками) должны выбираться по конструктивным соображениям с учетом обеспечения прочности основания днища и минимума потерь и разубоживания руды.
При определении угла наклона откосов траншей (воронок) исходят из того, что при открытом очистном пространстве руда может скатываться по стенке с уклоном 45÷55°, а в случае заполнения пространства обрушенной массой - 65÷80°. Чем более влажная руда и чем в большем количестве содержит мелких фракций, тем круче принимается угол откоса.
Для сохранения доставочных выработок при неустойчивых рудах дучки оформляют удлиненными. Наличие крепких и устойчивых руд позволяет формировать короткие дучки или полностью отказаться от них.
При применении выпускных рудоспусков (рис. 3.10) отбитая рудная масса под собственным весом попадает непосредственно в откаточный сосуд (стадия доставки отсутствует).
С целью повышения производительности труда при наличии мощного бурового оборудования применяют выпускные щели (рис. 3.11).
Ширина выпускных щелей может достигать 10÷15 м.