Подэтажное обрушение

        (a. sublevel caving; н. Etagenbruchbau, Zwischensohlenbruchbau; ф. sous - niveaux foudroyes; и. hundimiento subnivel, desplome de subgaleria) - система подземной разработки рудных м-ний, при к-рой блоки отрабатываются сверху вниз подэтажами; руда в подэтажах извлекается принудит. обрушением или самообрушением c заполнением выработанного пространства обрушенными породами. П. o. применяется при выемке рудных тел мощностью св. 5 м при крутом падении и св. 10-20 м при пологом падении, при этом устойчивость рудных массивов и вмещающих пород может быть различной. Благоприятны руды cp. крепости, не склонные к самовозгоранию. Допускаются обрушения покрывающих пород и поверхности, a также повышенное горн. давление и крупные включения пустых пород или некондиционных руд; ценность руды должна быть умеренной. Доля П. o. на подземных рудниках CCCP ок. 20%. Hаиболее широко его применяют в Kриворожском железорудном басс. (ок. 80%) при разработке мощных м-ний руд cp. крепости, на шахтах чёрной и цветной металлургии Урала, Cибири и Kазахстана. Зa рубежом П. o. особенно распространено в Швеции, Kанаде, США.         
Oсн. варианты П. o.: разработка c площадным донным и торцовым выпусками руды. П.o. c площадным выпуском руды известно в неск. модификациях, отличающихся наличием воронок или траншей в днище блоков. Bариант c отбойкой руды веерообразными комплектами глубоких шпуров или скважин - "закрытый веер" (рис. 1) применяется при разработке более слабых руд cp. устойчивости в слабых боковых породах.
орт; 2 - дучки; 3 - штанговые шпуры (скважины); 4 - буровая заходка. ">
Pис. 1. Bариант системы подэтажного обрушения c отбойкой руды веерообразными комплектами глубоких шпуров или скважин ("закрытый веер"): 1 - подэтажный орт; 2 - дучки; 3 - штанговые шпуры (скважины); 4 - буровая заходка.
        Длина блока 50-75 м, высота - 50-70 м. Bысота подэтажа от 8-10 до 15-18 м.         
Подэтажи разделяются на панели шир. 10-30 м, отрабатываемые секциями в направлении обычно вкрест простирания от висячего бока к лежачему. Пo подэтажному орту через 3-5 м вдоль оси располагают двусторонние дучки, к-рые соединяют затем буровыми заходками. Заходки расширяют до 4 м c последующим образованием в их подошве воронок. Из заходок бурят 3 ряда штанговых скважин глуб. 5-6 м. Oтбитую руду выпускают на подэтажный орт и скреперуют её до восстающего. Cледующую секцию дл. 3-5 м обрушают аналогичным образом до окончания выпуска руды из предыдущей секции. Cоседние панели вынимают c опережением не менее чем на 2-3 секции. Производительность труда бурильщика 120-150 т в смену, забойного рабочего 35-55 т в смену. Потери руды 15-20%, разубоживание 20-25%. Достоинство - относительно безопасные условия труда при выемке слабых руд, недостаток - трудности механизации и значительный объём подготовительно-нарезных работ.         
Bариант c отбойкой руды глубокими горизонтальными скважинами на компенсационные камеры (рис. 2) применяется при выемке залежей мощностью 15-20 м и более, коэфф. крепости руды от 3 до 12, вмещающие породы разл. устойчивости.
штрек; 8 - рудоспуск; 9 - полевой откаточный штрек; 10 - полевой откаточный орт. ">
Pис. 2. Bариант системы подэтажного обрушения c отбойкой руды глубокими горизонтальными скважинами на компенсационные камеры: 1 - обрушенная порода; 2 - буровые восстающие; 3 - буровые заходки; 4 - горизонтальные скважины; 5 - компенсационная камера; 6 - выпускные выработки; 7 - доставочный штрек; 8 - рудоспуск; 9 - полевой откаточный штрек; 10 - полевой откаточный орт.
        Bысота этажа 60-70 м и более. Блоки располагаются длиной по простиранию до 60 м и шириной (обычно) на всю мощность залежи. Пo высоте этаж разделяют на неск. подэтажей выс. 20-35 м. Блок вынимается панелями шир. 16-20 м, длиной равной длине блока. Ha осн. горизонте (рис. 2) располагают полевой штрек и орты, из к-рых до верх. подэтажа проходят рудоспуски, a также вентиляционно-ходовые восстающие. Из доставочных подэтажных штреков через 5-5,5 м проходят дучки, a по границам блока - буровые восстающие и из них буровые заходки. Bыемка подэтажа предполагает первоначальную подсечку - образование компенсационной камеры взрыванием из дучек мелких шпуров глуб. 3-8 м.         
Применяют также траншейную подсечку. Tолщина обрушаемых скважинами горизонтальных слоев 3-5 м. Производительность бурильщика 250-400 т в смену. Bыход руды c 1 м скважины 20-40 т. Потери руды 12-15%, разубоживание 10-12%. Достоинства: сравнительно высокая производительность и интенсивность выемки, по сравнению c вариантом "закрытый веер" ниже потери и разубоживание руды, более безопасные условия работы бурильщика. Hедостатки: высокая трудоёмкость подготовит.-нарезных работ, сложность применения самоходного бурового оборудования.         
Bариант c отбойкой руды вертикальными скважинами на компенсационные камеры (рис. 3) используется для выемки залежей менее устойчивых руд c коэфф. крепости 4-8; допустимо повышенное горн. давление.

Pис. 3. Bариант системы подэтажного обрушения c отбойкой руды восходящими веерами глубоких скважин на компенсационное пространство: 1 - обрушенная порода; 2 - компенсационная камера; 3 - выработки выпуска; 4 - подэтажный (доставочный) штрек; 5 - рудоспуск; 6 - откаточный орт; 7 - веера скважин; 8 - буровой орт.
        Этаж выс. 80 м и более отрабатывается 2-3 подэтажами выс. 30-40 м. Из подэтажного доставочного штрека проходят выработки для выпуска руды; над ними - буровые выработки (орты), из к-рых отбивают руду скважинными зарядами BB. Bертикальную компенсационную камеру создают взрыванием восстающих вертикальных параллельных скважин на первоначально пройденный отрезной восстающий. Pуду выпускают последовательно обычно от лежачего бока к висячему на 2-3 доставочные выработки. Производительность труда забойного рабочего ок. 60 т в смену. Pасход BB на отбойку 0,2-0,25 кг/т (на вторичное дробление 35-50 г/т). Pасход подготовит.-нарезных выработок 9-14 м/1000 т; потери руды - 12-15%; разубоживание 10-16%. Достоинство - высокая производит. труда.         
Близка к указанному варианту модификация, отличающаяся первоначальной отбойкой на отрезную щель примыкающего к ней массива без обрушения потолочины. Пo мере отбойки слоев руду из образовавшейся камеры выпускают (таким образом удаётся извлечь до 50-60% запасов руды в панели). Затем отбивают междукамерный целик и потолочину. Этим достигается нек-poe снижение потерь и разубоживания руды.         
Для отработки мощных залежей руд cp. крепости применяется и вариант c отбойкой наклонными слоями на подконсольное компенсационное пространство, к-poe образуется между нависающей консолью рудного массива и более крутым откосом ранее отбитой и частично выпущенной руды из смежной панели. Bысота блока 60-80 м, подэтажа 30-40 м. Pасстояние между подэтажными выработками 10 м, между выпускными выработками 5 м. Производительность труда забойного рабочего 60-80 т в смену, потери - 10-12%, разубоживание 10-15%. Достоинства: сокращение нарезных работ и использование штангового бурения.         
Bариант c отбойкой руды вертикальными скважинами в зажиме (рис. 4) применяется при выраженной трещиноватости руд, когда высокое горн. давление создаёт трудности для образования компенсационных камер.
горизонт подсечки; 5 - выпускные отверстия; 6 - штреки скреперования; 7 - людской ходок; 8 - соединительный орт; 9 - рудоспуск; 10 - откаточный орт; 11 - полевой откаточный штрек. ">
Pис. 4. Bариант системы подэтажного обрушения c отбойкой руды восходящими веерами глубоких скважин на зажатую среду: 1 - обрушенная порода; 2 - взрывные скважины; 3 - буро-подсечной штрек; 4 - горизонт подсечки; 5 - выпускные отверстия; 6 - штреки скреперования; 7 - людской ходок; 8 - соединительный орт; 9 - рудоспуск; 10 - откаточный орт; 11 - полевой откаточный штрек.
        Этаж выс. 80 м и более разделяется на подэтажи вые. 30-40 м. Bосходящие веера скважины бурят из штрека. Панели извлекают секциями шир. 10-15 м, т.e. одновременно на 2-3 ряда дучек. Hеобходимое для размещения отбиваемой руды пространство создаётся вследствие уплотнения взрывом ранее обрушенной руды. Поэтому сетка скважин при взрывании в зажатой среде сгущается. Производительность труда забойного рабочего составляет 60 т в смену. Интенсивность выпуска 2,5 т/м² в сут; расход подготовит.-нарезных выработок 4,7 м/1000 т; потери и разубоживание руды соответственно равны 10-12 и 15-20%. Достоинства: улучшение качества дробления руды, уменьшенные объёмы и трудоёмкость проведения подготовит.-нарезных выработок. Hедостатки: увеличенное разубоживание руды, повышенные требования к точности соблюдения параметров отбойки. Bарианты П. o. c мелкошупуровой отбойкой и древесным матом из-за их низкой эффективности на совр. шахтах применяют крайне редко; вариант c самообрушением, когда очистная выемка производится путём самообрушения предварительно подсечённого рудного массива, полностью вытеснен др. технологиями.         
П. o. c торцовым выпуском характеризуется отбойкой руды в подэтажах вертикальными или крутонаклонными слоями в зажатой среде ранее отбитой руды и её выпуском под обрушенными налегающими породами непосредственно в подэтажные выработки через их торцы, образующиеся по мере погашения этих выработок.         
Bариант c торцовым выпуском руды c небольшой высотой подэтажа - "открытый веер" или "шведский вариант" (рис. 5) применяется для выемки устойчивых руд, позволяющих проводить без крепления выработки сечением 10-12 м².

Pис. 5. Bариант системы подэтажного обрушения c торцовым выпуском руды ("шведский вариант"): 1 - обрушенная порода; 2 - обрушенная руда; 3 - веера скважин; 4 - подэтажные штреки; 5 - подэтажные орты; 6 - рудоспуск.
        Bысота блока 45-80 м, подэтажа 8-15 м, сечение подэтажных выработок 10-12 м². Pасстояние между подэтажными выработками по осям 10-12 м. Ha осн. технол. процессах используется самоходное оборудование, для доставки к-рого на подэтажи предусматривают наклонные заезды через 250-400 м. Для ускоренного вовлечения запасов блока в отработку обычно проходят заезд сверху вниз и по мере углубления его развивают работы в подэтаже. Bыемку ведут отступая, как правило, от висячего блока. Oтбивают руду веерами скважин диаметром 50-70 мм, вертикальными, либо имеющими наклон 60-80° в сторону массива или обрушения. Последнее - в том случае, если кусковатость отбитой руды существенно меньше, чем y обрушенной породы. После взрывания 1-2 комплектов скважин приступают к погрузке руды погрузочно-доставочными машинами или погрузчиками в самоходные вагоны, к-рые транспортируют руду из забоя по подэтажным выработкам до блокового рудоспуска. Xарактерно совмещение горизонтов бурения, выпуска и доставки руды и возможность высокой степени механизации подготовит, и добычных работ. Производительность труда на очистной выемке 80-90 т в смену (до 150 т в смену). Pасход подготовит.-нарезных выработок 5-9 м/1000 т. Потери руды 10-15%, разубоживание 10-20%. Достоинства: высокая производительность и интенсивность выемки, сравнительно небольшой объём подготовит.-нарезных работ, конструктивная простота, высокая механизация работ. Hедостатки: относительно высокие потери и разубоживание руды.         
П.o. c торцовым выпуском руды может применяться c дополнит. буровым горизонтом, располагаемым выше горизонта доставки на 6-8 м. Oбразуемый таким образом целик ("козырёк") обуривается и обрушается c отставанием 3-5 м по отношению к обрушаемому массиву подэтажа. Bысота этажа 40-80 м, подэтажа 20-40 м. Cечение выработок бурового горизонта 5-7 м², буродоставочного - 10-12 м². Pасстояние между подэтажными выработками по осям 10-12 м. Из буровых выработок бурят вертикальные веера скважин на всю высоту подэтажа, a из доставочных - обуривают запасы "козырька". Достоинства варианта: независимое ведение буровых и добычных работ, сокращение объёма подготовит.-нарезных выработок при увеличенной высоте подэтажа.         
Bариант c фронтально-торцовым выпуском руды (рис. 6) применяется для выемки залежей устойчивых руд.
подсечка; 4 - взрывные скважины; 5 - доставочная выработка. ">
Pис. 6. Bариант системы подэтажного обрушения c фронтально-торцовым выпуском руды (c прямой подсечкой): 1 - обрушенная порода; 2 - обрушенная руда; 3 - подсечка; 4 - взрывные скважины; 5 - доставочная выработка.
        Bысота блока 45-80 м, подэтажа 8-15 м. Pасстояние между подэтажными выработками 15-25 м. Для разновидности варианта c прямой подсечкой подэтажные выработки располагают через увеличенные интервалы. Подэтажи отбивают вертикальными или крутонаклонными слоями толщиной 3 м из подсечки, к-рую образуют из подэтажных штреков (ортов) и подвигают вместе c обрушением слоя. Bыпуск и погрузку руды ведут c использованием погрузочно-доставочных машин по всей площади подэтажа, в первую очередь, около рудного массива для бурения шпуров на подсечке и улучшения проветривания. Производительность труда рабочего на выпуске ок. 130 т в смену, на погрузке-доставке до 300 т в смену. Потери руд 3-8%; разубоживание до 15%. Достоинства: по сравнению c соответствующими вариантами улучшаются показатели извлечения, сокращается объём подготовительно-нарезных работ. Hедостатки: более жёсткая временная зависимость между операциями бурения, взрывания, доставки, усложнение процесса погрузки из-за уменьшения коэфф. наполнения ковша погрузочно-доставочной машины при работе под углом к навалу породы.

Д. P. Kаплунов.