CC BY
33
----------------------------------------- © С.А. Толстунов, С.П. Мозер,
2006
УДК 622.284.9
С.А. Толстунов, С.П. Мозер
ФОРМИРОВАНИЕ ЗАКЛАДОЧНОГО МАССИВА МЕХАНИЧЕСКИМ СПОСОБОМ В УСЛОВИЯХ МНОГОЛЕТНЕЙ МЕРЗЛОТЫ
Семинар № 15
тработка россыпных место-
рождений многолетнемерзлых пород подземным способом в большинстве случаев осуществляется с применением камерно-столбовых систем разработки. В силу отсутствия природной трещиноватости пород промышленного пласта и покрывающей толщи кровля выработок сохраняет значительные устойчивые пролеты без крепи при относительно низких показателях прочности в массиве на сжатие (2,5-3 МПа). Это условие создает потенциальную опасность динамических проявлений горного давления.
Аналогичные явления наблюдаются при отработке пластов горючего сланца в Ленинградской области. Поэтому при отработке пластов многолетнемерзлых пород и отработке пластов горючих сланцев применяются сходные технологии, основанные на буровзрывной отбойке горной массы и поддержании основной кровли целиками, а непосредственной кровли -стоечной крепью. Щитовые гидрофициро-ванные крепи, широко применяемые в угольных шахтах, в этих условиях не нашли применения из-за специфических условий их эксплуатации. Применение камерно-столбовых систем разработки в этих условиях предопределяет низкие технико-экономические показатели и, как следствие, снижается конкурентоспособность подземного способа разработки.
Наиболее реальный путь улучшения технико-экономических показателей открывается при переходе на столбовые сис-
темы разработки с частичной закладкой выработанного пространства.
Санкт-Петербургским государствен-
ным горным институтом в содружестве с работниками АО “Лензолото” разработана гибкая циклично-поточная технология отработки россыпных месторождений, основой которой является пневмобаллонная крепь (а.с. СССР №1432236), хорошо зарекомендовавшая себя в работе в условиях отрицательных температур.
Пневмобаллоные крепи, названные “Лена-1” и “Лена-2”, созданы на основе длительных шахтных испытаний более простой конструкции “Лена П”[1].
Основным грузонесущим элементом в этих крепях является пневмокостер 6ПМ4 согласно “Инструкции по эксплуатации пневматических костров” (ДонУГИ, 1985).
Технологические схемы применения различных машин в сочетании с пневмо-балонной крепью описаны в работе [2]. Пневмобалонные крепи обладают рядом важных преимуществ в сравнении с ручным и гидрофицированным креплением [3], что создает весьма важные предпосылки значительного улучшения техникоэкономических показателей шахт, их использующих.
Дополнительным преимуществом технологических схем с пневмобалонными крепями является отсутствие жестких требований к прямолинейности выемочного столба и лавы.
При доразведке выемочных участков горными выработками контур залежи может уточняться и изменяться в процессе
ведения очистных работ. Поэтому, форма выемочного участка и длина лавы может изменяться без существенного изменения технологических решений.
Накопленный опыт отработки россыпных месторождений столбовыми системами в условиях многолетней мерзлоты показывает на необходимость возведения частичной закладки в выработанном пространстве лав. При этом исключаются динамические проявления горного давления независимо от размеров выемочных участков и параметров очистных забоев.
Переход от камерно-лавной системы разработки к столбовой с частичной закладкой выработанного пространства дает существенную экономическую выгоду. Без существенных капитальных затрат производственная мощность шахты может быть увеличена на 20 %. Уменьшение нарезных работ на 25 % дает также существенную экономию, так как затраты на добычу 1 м3 породы из подготовительного забоя в три раза выше аналогичных затрат на добычу из очистного забоя. Пневмоба-лонная крепь “Лена-2” обеспечивает надежное поддержание призабойного пространства в условиях буровзрывной отбойки горной массы, создает максимальные удобства для работы погрузодоста-вочных машин и хорошо взаимодействует с закладочными массивами.
Технико-экономическое сравнение вариантов по способам возведения закладочных массивов показывает, что наиболее низкие эксплуатационные затраты в сравнении с пневмозакладкой имеют место при механической метательной закладке [3]. На основе опытных данных установлено, что на забрасывание 1 м3 породы расходуется метательной машиной 0,81,0 кВт-час электроэнергии. Несмотря на то, что метательная закладка начала применяться с 40-х годов XX века [4, 5], достоверных данных о гранулометрическом составе закладочной полосы не обнаружено. В связи с этим авторами произведено
подробное изучение процесса механической метательной закладки. Метательная машина ленточно-барабанного типа с нижним выбросом материала загружалась на дневной поверхности дробленой горной породой и производилось ее метание. Исследованиями предусматривалось изучение дальности и траектории полета кусков породы.
Процесс полета кусков породы различной крупности снимался камерой СКС-2 и фиксировался относительно вешек, подвешенных на проволоке через каждые 2 м. Температура воздуха в месте испытаний составила -6 0С при относительной влажности воздуха 82 %, а скорость ветра не превышала 4 м/с. В качестве закладочного материала использовали глинистый сланец из горнопроходческих работ плотностью в массиве 2,7 т/м3 и известняковый щебень плотностью 2,9 т/м3.
При механическом способе возведения закладочного массива закладочный материал забрасывается в выработанное пространство с помощью метательной машины, причем кинетическая энергия сообщается закладочному материалу непосредственно исполнительным органом машины.
На основе обработки данных полета кусков породы и изучения гранулометрического состава закладочной полосы построены траектории полета. Характерные траектории полета кусков породы приведены на рис. 1.
На основе испытаний установлено, что траектория полета кусков близка к параболе. При одновременном метании различных по крупности кусков породы происходит их классификация по трассе полета. Сопротивление воздуха оказывает существенное влияние на дальность полета кусков породы. Мелкие фракции крупностью 5-10 мм выпадают на расстоянии 4,56,5 м. Крупные фракции породы размерами 80-100 мм имеют дальность полета 9,512 м. Наибольшую дальность полета имеют частицы размерами 40-70 мм.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Дальность полета кусков, м
Рис. 1. Характерные траектории движения закладочного материала различных фракций при угле вылета а=23° и начальной скорости 13,6 м/с: 1 - диаметр кусков 5-И0 мм; 2 - диаметр кусков 10^40 мм; 3 -диаметр кусков 80^100 мм; 4 - диаметр кусков 40^70 мм; 5 - траектория полета кусков диаметром 40-70 мм и начальной скорости 16 м/с
Рассеивание материала в горизонтальной плоскости не превышало 1,8 м на предельной дальности полета кусков.
При укладывании породной полосы метательным способом происходит уплотнение закладки за счет кинетической энергии соударяющихся кусков породы. Уплотнение закладки изучалось по методу В.И. Охотина в области фракций от 5 до 40 мм. Характерное уплотнение закладочного материала, определенное в направлении метания кусков породы показано на рис. 2.
Таким образом породная полоса, выкладываемая метательным способом представляет собой опору сложного строения. Различная крупность фракций предопределяет так же разную степень усадки опоры под действием горного давления по поддерживаемой площади.
Воспроизведение в подземных условиях приведенного режима работы закладочной машины позволяют создавать породную полосу шириной 18 м. На основе вышеизложенного становится ясным, что при выкладке породной полосы метательным способом использование шихты в качестве закладки становится затруднитель-
ным. Под оптимальной закладочной шихтой понимается смесь закладочного материала различной крупности, имеющая наибольшую плотность и дающая наименьшую усадку. Наибольшая эффективность может быть достигнута при наличии дробленой породы кусковатостью 40-80 мм.
Выкладка породной полосы для поддержания штреков требует постоянного изменения угла наклона площадки вылета породы для обеспечения полноты закладки. Оптимальные углы наклона площадки вылета породы составляют 21-230 при вынимаемой мощности пласта 2 м. При использовании стационарных закладочных машин это условие становится трудновыполнимым. Следует иметь в виду тот факт, что при увеличении скорости движения кусков породы свыше 15 м/с и высоте падения кусков до 0,5 м наблюдалось проскальзывание кусков породы о ленту. Устранение этого явления возможно только при увеличении начальной скорости падения кусков породы в закладочную машину. В противном случае скорость вылета кусков не должна превышать 15 м/с.
Рис. 2
2 4 б В 1Q
Ширина породной опоры, м
Появление новых образцов горной
техники создает реальные предпосылки освоения процесса возведения породных опор с помощью передвижных транспортно-закладочных машин. Так, например фирма Paus выпускает машину PSWF UNI 50, которая совмещена с механическим метателем.
Кузов транспортно-закладочной машины объемом 4 м3 освобождается и укладывается в породную полосу за 4 мин. Применение таких машин для доставки закладочного материала и выкладки породной полосы значительно упрощает схему транспорта и создает реальные перспективы улучшения технико-
экономических показателей горных предприятий.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Толстунов С.А., Монтиков А.В. Перспективы применения гибкой технологии отработки многолетнемерзлых пород. / Записки Горного института, 1995, №142, т.1.
2. Толстунов С.А., Модестов Ю.А., Монтиков А. В. Гибкая технология отработки пластов многолетнемерзлых пород. / Горный журнал, №7, 1990, с. 29-31.
3. Левченко А.К., Петренко Е.В., Сурков А.Г. Экономическая целесообразность оставления породы в шахте. / М., Недра, 1968, 115 с.
4. Разработка мощных крутопадающих угольных пластов Кузбасса с закладкой. М., Углетехиз-дат, 1951.
5. Байконуров О.А. Технология разработки рудных месторождений с твердеющей закладкой. Алма-Ата, 1978.
— Коротко об авторах --------------------------------------------------------------
Толстунов С.А, Мозер С.П. - ГОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный горный институт (ТУ).
