Системы разработки с обрушением руды¶

Системы разработки с обрушением руды — совокупность способов подземной разработки месторождений полезных ископаемых, при которых основная масса руды (или вмещающих пород) разрушается и перемещается под действием силы тяжести в результате искусственного нарушения их устойчивости. Данный класс систем характеризуется высокой производительностью и интенсивностью отработки, но сопровождается значительными потерями и разубоживанием руды, а также активным управлением состоянием массива.

¶Общая характеристика и область применения

Системы с обрушением применяются преимущественно при разработке мощных и средней мощности рудных залежей с устойчивыми или средней устойчивости рудами и неустойчивыми вмещающими породами. Ключевым условием является способность налегающих пород к самообрушению или принудительному обрушению с заполнением выработанного пространства. Эти методы эффективны при отработке больших площадей в краткие сроки, что достигается за счет массового выпуска руды под обрушенными породами.

Основные преимущества: высокая производительность труда, низкая себестоимость добычи, возможность полной механизации процессов, безопасность работ в очистных забоях (так как выемка ведется под защитой обрушенных пород). Недостатки: повышенные потери руды (до 15–25 %) и разубоживание (до 20–30 %), сложность управления кровлей, необходимость тщательного планирования и геологического сопровождения.

¶Классификация систем с обрушением

В горной практике выделяют три главные группы:

1. Системы с обрушением руды и вмещающих пород (вариант с магазинированием и выпуском). Применяются при отработке мощных залежей с неустойчивыми рудами и породами. Очистное пространство поддерживается в течение короткого времени, затем руда и порода обрушаются совместно, образуя зону обрушения.
2. Системы с обрушением руды и принудительным выпуском (подэтажное обрушение). Наиболее распространенный вариант. Залежь разделяется на этажи и подэтажи, в которых бурятся веера скважин. Отбойка руды производится на зажатую среду, после чего руда выпускается через специальные выработки (донные выпускные отверстия) под обрушенными породами.
3. Системы с обрушением вмещающих пород (этажное принудительное обрушение). Используются для мощных залежей с устойчивыми рудами. Отработка ведется горизонтальными слоями снизу вверх с обрушением пород кровли после каждой выемки.

¶Технология и основные процессы

¶Подготовительные работы

Этаж делится на блоки (обычно 40–60 м по простиранию и 50–100 м по падению). Проводятся полевые или рудные штреки, орты, заезды, а также выпускные выработки (воронки, донные штреки). Для бурения взрывных скважин проходятся буровые камеры или подэтажные выработки.

¶Очистная выемка

Основной процесс — отбойка руды. При подэтажном обрушении бурение веерных скважин осуществляется с подэтажей, расстояние между которыми составляет 8–15 м. Взрывание производится секциями или массовыми взрывами. Отбитая руда под действием силы тяжести перемещается вниз и выпускается через воронки или люки на доставочный горизонт.

¶Выпуск руды

Выпуск — ключевой этап, определяющий качество добытой массы. Различают:

• свободный выпуск — руда вытекает под собственным весом;
• принудительный выпуск — с применением вибрационных питателей, скреперных лебедок или самоходного оборудования.

В процессе выпуска происходит перемешивание руды с обрушенными породами, что приводит к разубоживанию. Для контроля процесса используются графики выпуска и опробование.

¶Доставка руды

Доставка осуществляется:

• скреперными лебедками (при небольших объемах);
• самоходными погрузочно-доставочными машинами (ПДМ) — наиболее производительный способ;
• конвейерным транспортом (на больших глубинах).

¶Варианты и модификации

• Подэтажное обрушение с торцевым выпуском — применяется при наклонном падении залежей, выпуск через торцы подэтажных выработок.
• Подэтажное обрушение с донным выпуском — классический вариант с выпускными воронками на горизонте доставки.
• Этажное обрушение с отбойкой на зажатую среду — используется при разработке мощных залежей, когда отбойка ведется большими блоками с компенсационными камерами.
• Система с обрушением руды и магазинированием — применяется для маломощных залежей с устойчивыми рудами, где руда временно накапливается в очистном пространстве.

¶Применение в России и мире

Системы с обрушением широко распространены при разработке месторождений железа, меди, никеля, апатита и других полезных ископаемых. В России данные системы применяются на:

• Таштагольском и Шерегешевском месторождениях (Горная Шория);
• месторождениях Норильского промышленного района;
• апатитовых месторождениях Хибин (Кировский рудник);
• железорудных месторождениях Кривого Рога (Украина) и Урала.

За рубежом технологии этажного и подэтажного обрушения широко используются в Канаде, Австралии, Чили, Швеции (рудник Кируна).

¶Преимущества и недостатки

Преимущества:

• высокая интенсивность отработки (до 200–300 тыс. тонн в год с блока);
• низкая трудоемкость (до 10–15 чел.-смен на 1000 тонн);
• возможность полной автоматизации процессов;
• безопасность работ за счет нахождения людей вне зоны обрушения.

Недостатки:

• значительные потери руды (до 20 % и более);
• высокое разубоживание (до 25–30 %);
• оседание земной поверхности и нарушение экологической обстановки;
• сложность селективной выемки и раздельной добычи сортов руды.

¶Требования безопасности

При применении систем с обрушением особое внимание уделяется:

• контролю за состоянием обрушенных пород и устойчивостью целиков;
• расчету параметров буровзрывных работ;
• вентиляции очистных блоков (выделение газов после взрывов);
• предотвращению прорывов воды и плывунов в выработанное пространство.

¶Заключение

Системы разработки с обрушением руды остаются одним из наиболее производительных и экономически эффективных методов подземной добычи, несмотря на существенные потери полезного ископаемого. Совершенствование технологий (применение самоходного оборудования, автоматизированных комплексов выпуска, геофизического контроля) направлено на снижение потерь и разубоживания, что делает данные системы конкурентоспособными в современных горнодобывающих предприятиях.

¶Источники

• Агошков М. И., Борисов С. С., Боярский В. А. «Разработка рудных и нерудных месторождений». — М.: Недра, 1983.
• Именитов В. Р. «Процессы подземных горных работ при разработке рудных месторождений». — М.: Недра, 1984.
• Каплунов Д. Р., Юков В. Н. «Технология разработки рудных месторождений». — М.: Горная книга, 2008.