Проект отработки запасов нижних горизонтов основной рудной залежи Орловского месторождения

Запасы 12¸18 горизонтов залежи "Новая" вскрываются южным транспортным уклоном, проходимым с 11 до 14 горизонта, и стволом шахты "Слепая", проходимым с 10 до 18 горизонта, а также лифтовыми и вентиляционными восстающими, проходимыми с 17 до 14 и с 14 до 11 горизонтов.

Ствол шахты "Слепая" диаметром в свету 6,5 м оборудуется двумя одноклетевыми подъемами и ходовым отделением. Он служит для подачи свежего воздуха в количестве до 230 м³ /сек, спуска-подъема людей, материалов и оборудования и для подъема горной массы в вагонетках ВГ-2,2 и ВГ-4 при подготовке и отработке запасов на горизонтах.

Южный транспортный уклон предназначен для выдачи руды дизельными автосамосвалами с 12¸14 горизонтов до разгрузочных пунктов на отметке 330 м, для перегона технологического самоходного оборудования с 11 горизонта до вскрываемых горизонтов, а также для доставки материалов и оборудования. Руда, выдаваемая дизельными автосамосвалами по уклону на отметку –330 м, после ее перепуска и перегрузки в вагонетки электровозным транспортом доставляется по 11 горизонту к опрокидам у ствола шахты "Скиповая". Горная масса, выдаваемая в вагонетках клетевым подъемом по стволу шахты "Слепая", также поступает на 11 горизонт и далее к опрокидам у ствола шахты "Скиповая".

Вентиляция 12¸18 горизонтов залежи "Новая" осуществляется по следующей схеме. Свежий воздух по стволу шахты "Орловская" и квершлагам 10 и 11 горизонтов поступает к стволу шахты "Слепая" и далее по квершлагам, штрекам, блоковым наклонным съездам и восстающим подается на рабочие слои и в забои. Загрязненный воздух по слоевым ортам и штрекам направляется к блоковым вентиляционным восстающим, по которым он выдается на верхний (вентиляционный) горизонт. Отсюда загрязненный воздух по ортам и штрекам поступает к лифтовому и вентиляционному восстающим, по которым выдается на 11 горизонт и далее к стволу шахты "Южная". Загрязненный воздух с транспортного уклона выдается на каждом горизонте к лифтовым и вентиляционным восстающим по сбойке, соединяющей уклон с восстающими.

В описываемом варианте вскрытия стволы шахт "Орловская", "Скиповая" и "Южная" продолжают выполнять свои прежние функции, при этом предусматривается углубка последней с 10 до 11 горизонта и строительство вентиляторной установки (ВОД-30) с вентиляционным каналом у ствола шахты "Скиповая".

Водоотлив с нижних горизонтов осуществляется вспомогательными насосными установками, строительство которых предусматривается на 13 горизонте вблизи северного транспортного уклона и на 17 горизонте в околоствольном дворе ствола шахты "Слепая". Шахтные воды перекачиваются на уровень 11 горизонта по трубопроводам, проложенным по северному транспортному уклону и по стволу шахты "Слепая" и сбрасываются в водоотливные канавки выработок 11 горизонта, по которым вода поступает в водосборники действующей насосной станции главного водоотлива, расположенной в околоствольном дворе ствола шахты "Орловская".

На рисунках 4.2-4.6 показаны планы 10¸14 горизонтов.

Объемы работ и затраты по I варианту вскрытия приведены в таблице 4.2.

4.2. Второй вариант вскрытия нижних горизонтов

На рисунке 4.7 приведена схема вскрытия месторождения по второму варианту.

Запасы 12¸14 горизонтов Основной залежи вскрываются квершлагами и штреками от ствола шахты "Орловская" по 12 горизонту и от ствола шахты "Слепая" по 13 и 14 горизонтам. На северном фланге с 13 до 11 горизонта проходятся вентиляционный и лифтовой восстающие.

При подготовке запасов 12 горизонта Основной залежи горная масса электровозным транспортом в вагонетках ВГ-4 и ВГ-2,2 доставляется к стволу шахты "Орловская", клетевым подъемом выдается на 10 или 11 горизонт и далее электровозами транспортируется к опрокидам у ствола шахты "Скиповая". При отработке запасов 13 и 14 горизонтов горная масса выдается в вагонетках клетевым подъемом по стволу шахты "Слепая" на 10 или 11 горизонт и доставляется электровозным транспортом к опрокидам у ствола шахты "Скиповая".

Транспорт и подъем горной массы при отработке запасов залежи "Новая" производятся аналогично принятым в первом варианте вскрытия.

Проветривание рудника осуществляется по фланговой схеме всасывающим способом. Свежий воздух до 11 горизонта подается по центрально расположенным стволам шахт "Орловская" и "Скиповая", а на 12¸18 горизонты поступает по стволу шахты "Слепая". Для очистки свежего воздуха, подаваемого по стволу шахты "Скиповая" предусматривается установка на каждом горизонте электрофильтров или водяных завес.

При отработке запасов Основной залежи на 12¸14 горизонтах загрязненный воздух выдается по вентиляционным и лифтовым восстающим на 11 горизонт и далее по квершлагу к стволу шахты "Северная". В этом случае на поверхности у устья ствола шахты "Северная" предусматривается строительство вентиляторной установки (ВОД-30) и проходка вентиляционного канала.

При отработке запасов залежи "Новая" загрязненный воздух выдается по лифтовым и вентиляционным восстающим на 11 горизонт и далее по сборному квершлагу к стволу шахты "Южная".

Стволы шахт "Северная" и "Южная" в комплексе с лифтовыми восстающими являются запасными механизированными выходами на поверхность.

Схема водоотлива аналогична принятой в первом варианте.

Объемы работ и затраты по варианту вскрытия приведены в таблице 4.2.

4.3. Третий вариант вскрытия нижних горизонтов

В рассмотренных выше вариантах вскрытия нижних горизонтов транспорт горной массы по уклонам осуществляется дизельными автосамосвалами, что создает в условиях Орловского рудника дополнительные проблемы, связанные с необходимостью увеличения количества подачи свежего и выдачи загрязненного воздуха. Последние разработки фирмы "Кируна-Электрик" (Швеция) позволяют не только снять подобные проблемы, но и решать вопросы вскрытия глубоких горизонтов на рудниках с нестандартных позиций. Для доставки горной массы по наклонным выработкам фирма "Кируна-Электрик" предлагает использовать троллейвозы-самосвалы грузоподъемностью 20¸50 т. Троллейвозы питаются от трехфазной сети переменного тока напряжением 1000 вольт от троллейных шин, закрепляемых посекционно в кровле выработки. Машины легко отключаются от троллейного питания и переключаются на питание от батарей, что позволяет удаляться груженым машинам на расстояние до 100 м по горизонтали. Несколько таких машин могут производить откатку одновременно с использованием одной и той же троллейной линии. Машины, идущие вниз по уклону, отключаются от линии. Вскрытие запасов Основной залежи ниже 11 горизонта осуществляется северным транспортным уклоном и лифтовым и вентиляционным восстающими.

Вскрытие запасов залежи "Новая" производится южным транспортным уклоном, стволом шахты "Южная", углубляемым с 10 до 11 горизонта, и лифтовыми и вентиляционными восстающими, проходимыми с 17 до 14 и с 14 до 11 горизонта. Северный и южный транспортные уклоны проходятся с уровня 11 горизонта вверх до отметки –330 м, где предусмотрено устройство разгрузочных пунктов, и вниз соответственно до 14 и 18 горизонтов. В рассматриваемом варианте вскрытия доставка горной массы по транспортным уклонам осуществляется троллейвозами грузоподъемностью 15-20 т до разгрузочных пунктов на отметке –330 м. После перепуска и перегрузки горной массы на 11 горизонте в вагонетки она доставляется электровозным транспортом к опрокидам у ствола шахты "Скиповая".

На период максимального развития работ на 13¸14 горизонтах залежи "Новая" для проветривания горных выработок необходимо подавать до 200 м³ /с свежего воздуха. Для пропуска такого количества воздуха сечение южного транспортного уклона должно быть не менее 25 м² . Между 11 и 14 горизонтами целесообразно пройти два уклона сечением в свету по 12,5 м² каждый. Объемы работ и затраты по варианту вскрытия приведены в таблице 4.2.

4.4. Выбор оптимального варианта вскрытия

В таблице 4.3 приведены основные технико-экономические показатели по рассмотренным вариантам вскрытия нижних горизонтов.

Таблица 4.3 - Основные показатели по вариантам вскрытия

Сравнение объемов горно-капитальных работ и затрат на их производство показывает, что рассматриваемые варианты вскрытия запасов 12¸18 горизонтов являются равноценными, так как величины затрат по ним отличаются всего лишь на 10¸16 %, что находится в пределах точности расчетов.

Однако первоочередные затраты по вскрытию запасов 12¸14 горизонтов Основной залежи по второму и третьему вариантам уменьшаются соответственно на 3,2 и 3,8 млн. долларов США (30¸40 %) по сравнению с затратами по первому варианту вскрытия.

Не останавливаясь подробно на достоинствах, отметим основные недостатки каждого из рассмотренных вариантов вскрытия.

Применение дизельных автосамосвалов для транспортировки горной массы по уклонам с нижних горизонтов обусловливает необходимость подачи дополнительного количества свежего воздуха для проветривания горных выработок (первый и второй варианты).

Использование ствола шахты "Скиповая" для выдачи загрязненного воздуха (первый вариант) при одновременной работе на пяти-шести горизонтах весьма затруднительно из-за аэродинамической связи с воздухоподающим стволом шахты "Орловская".

Использование ствола шахты "Скиповая" для подачи свежего воздуха (второй и третий варианты) потребует дополнительных затрат на осуществление мероприятий по очистке от пыли свежего воздуха.

Учитывая вышеизложенное, рекомендуется принять в качестве основного второй вариант вскрытия. Реализация его позволит сократить на один год срок ввода в эксплуатацию запасов двенадцатого горизонта Основной залежи, уменьшить на 3,2 млн. долларов США затраты на производство горно-капитальных работ и упростить схему проветривания горных выработок. При этом для транспортировки горной массы по южному транспортному уклону следует использовать троллейвозы фирмы "Кируна-Электрик".

5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ СЕЧЕНИЙ, СПОСОБА И ПАРАМЕТРОВ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

При выборе размеров поперечного сечения и крепи горно-капитальных и горно-подготовительных наклонных и горизонтальных горных выработок при отработке нижних горизонтов Орловского рудника следует руководствоваться едиными правилами безопасности [3], требованиями СНиП II-94-80 [6] и нормативными материалами.

Основные размеры поперечного сечения горизонтальных и наклонных выработок определяются в зависимости от их назначения, принятого подвижного состава и минимально допустимых зазоров, регламентируемых правилами безопасности [3, 7], условий вентиляции, а также в зависимости от типов крепи, которые выбираются с учетом горно-геологических условий и срока службы выработок. Необходимо учитывать "Руководство по применению типовых сечений горных выработок…" [51] и "Типовые паспорта крепления …". Выбранные размеры поперечного сечения выработок должны учитывать возможную максимальную величину осадки крепи за весь срок их службы в соответствии с данными таблицы 5.1.

Таблица 5.1 - Предельные допустимые смещения крепей

Учитывая большую глубину отработки, нельзя прогнозировать безремонтное поддержание горно-капитальных и горно-подготовительных выработок в течение всего срока их существования.

Форму сечений капитальных, подготовительных и нарезных выработок следует принимать в зависимости от устойчивости и структурных особенностей массива пород вокруг выработки и принятого типа крепи.

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


29-04-2015, 00:51