Отбойка руды

Отбойка — отделение руды от массива с одновременным ее дроблением на куски.

При добыче руд применяют взрывную, механическую отбойку и самообрушение.

Как уже отмечалось, наиболее распространена на подземных рудниках взрывная отбойка руд любой крепости.

Отбойку производят с использованием только внутренних зарядов, размещенных внутри массива: шпуровых, скважинных и в некоторых случаях минных.

Для оценки результатов отбойки применяют следующие технико-экономические показатели: производительность труда бурильщика, выражаемая в тоннах или кубических метрах обуренного шпурами или скважинами массива в смену (т/смену, м3/смену); удельный расход взрывчатого вещества (ВВ) на отбойку тонны или кубометра руды (кг/т, кг/м3); выход руды при отбойке с одного метра шпура или скважины (т/м, м3/м); выход негабарита в процентах по весу от общего количества отбитой руды.

Негабаритом называют куски отбитой руды, имеющие размеры больше допустимых по условиям доставки и транспорта.

Кондиционными называют куски руды, размеры которых позволяют беспрепятственно перемещать их на всем пути от забоя до поверхности или до подземного дробильно-перегрузочного узла.

Негабаритные куски необходимо дробить дополнительно, пока они не будут разделены на кондиционные. Чем меньше выход негабарита, тем лучше качество отбойки.

На эффективность взрывной отбойки влияют крепость (прочность на сжатие) и трещиноватость руды, число обнаженных (открытых) поверхностей забоя.

Отбойка скважинными зарядами

Впервые ее начали применять в нашей стране в начале 30-х гг. На подземных рудниках отбивают руду скважинами диаметром 56–150 мм и длиной до 40–50 м.

Основные параметры скважинной отбойки — линия наименьшего сопротивления (л.н.с.) и расстояние между соседними скважинами. Л.н.с. — кратчайшее расстояние между зарядом и поверхностью забоя. Оно зависит от крепости и вязкости руды, диаметра скважин и мощности ВВ. Отбойку осуществляют послойно, горизонтальными или вертикальными слоями; при этом скважинные заряды размещают, как правило, в одной плоскости, параллельной открытой поверхности забоя. Толщина слоя в этом случае будет равна л.н.с. Расположение скважины в слое может быть параллельным, параллельно-сближенным, веерным (рис. 6.46).

Схемы параллельного (а) и веерного (б) расположения взрывных скважин при отбойке руды
Рис. 6.46. Схемы параллельного (а) и веерного (б) расположения взрывных скважин при отбойке руды: 1 — скважины; 2 — буровые выработки; W — линии наименьшего сопротивления

При параллельном расположении скважин ВВ в массиве размещается равномерно, что способствует качественному дроблению с небольшим выходом негабарита. Однако для бурения каждой скважины необходимо переставлять буровой станок, что требует иногда значительных затрат рабочего времени, особенно при использовании переносного бурового оборудования. Кроме того, для его перемещения вдоль каждого одного-двух рядов скважин необходимо наличие всей выработки (буровой заходки). В результате образуется густая сеть буровых выработок (заходок) большого поперечного сечения, что, естественно, требует соответствующих затрат и удорожает добычу. По этим причинам отбойку параллельными скважинами применяют в устойчивых труднодробимых рудах, когда повышенные затраты на отбойку компенсируются уменьшением расходов на вторичное дробление негабарита.

Для сохранения преимущества параллельного расположения скважин и уменьшения его недостатков на многих железорудных шахтах Сибири и при разработке железистых кварцитов в Кривбассе успешно применяют отбойку параллельно-сближенными скважинами. Она отличается от отбойки параллельными скважинами тем, что вместо одной скважины в ряду бурят несколько близко расположенных (сближенных) скважин. Расстояние между ними составляет 3–4 диаметра одной скважины, число скважин в комплекте 3–10. Несколько сближенных скважин при производстве взрыва работают вместе как одна скважина большого диаметра. Это позволяет увеличить расстояние между буровыми заходками и уменьшить их число, а следовательно, затраты на проходку.

Наиболее распространено веерное расположение скважин в слое (скважины расходятся веером из одной точки). В этом случае станок переставляют только для бурения скважин в следующем веере. Поэтому, во-первых, резко сокращаются затраты времени на перестановку станка и возрастает выработка бурильщика за смену. Во-вторых, необходимо меньшее число буровых выработок. Недостатки отбойки веерными скважинами связаны с неравномерным размещением ВВ по площади забоя. Так как вблизи буровой выработки скважины расположены густо, некоторые из них заряжают не полностью (повышенный расход скважин на отбойку), а по краям забоя расстояние между концами скважин составляет около полутора л.н.с., и качество дробления здесь невысокое (велик выход негабарита).

Для бурения скважин применяют следующее оборудование: колонковые перфораторы (веерные скважины), буровые станки с погружными пневмоударниками (параллельные, параллельно-сближенные и веерные скважины), самоходные бурильные установки (в основном веерные скважины), иногда станки шарошечного бурения (веерные скважины).

Заряжание скважин производят почти исключительно установками для пневмозаряжания, при этом используют гранулированные ВВ различных типов.

При отбойке взрывают обычно несколько рядов скважин. При большой площади забоя количество отбитой руды может составлять тысячи, десятки и даже сотни тысяч тонн, а количество взрываемого при этом ВВ — до десятков тонн. Такие взрывы называют массовыми. Для уменьшения разрушительного воздействия массовых взрывов на окружающие горные выработки сооружения под землей и на поверхности взрывание скважинных зарядов производят по частям с замедлением между рядами скважин и между скважинами в слое. Подготовка массового взрыва занимает несколько смен, причем в это время другие работы в блоке не ведут. Массовые взрывы приурочивают к общешахтным выходным, т. к. на проветривание после них затрачивается до 20 часов. После производства массовых взрывов первыми в шахту спускаются горноспасатели, которые берут пробы шахтного воздуха и при необходимости ремонтируют поврежденные выработки.

Технико-экономические показатели отбойки скважинами:

  • производительность труда бурильщика составляет от 30–50 м3/смену в крепких рудах до 250–300 м3/смену в рудах средней крепости;
  • удельный расход ВВ изменяется от 1,5 до 0,5 кг/м3, причем при отбойке веерными скважинами удельный расход ВВ на 10–15 % выше, чем при отбойке параллельными;
  • выход руды составляет 4–5 м3/м крепких рудах и 15–20 м3/м в рудах средней крепости;
  • выход негабарита в зависимости от свойств руды изменяется на различных рудниках от 3 до 15 % и выше.

Область применения скважинной отбойки — мощные (более 6–8 м) рудные залежи достаточно устойчивых руд обычно средней ценности, т. к. точность отбойки руды скважинами (особенно веерными) по контакту с пустыми породами невысокая, что связано с повышением разубоживания.

Шпуровая отбойка

Шпуровые заряды обладают меньшей мощностью и по сравнению со скважинными в 1 м шпура диаметром 40–50 мм вмещается 0,8–1,5 кг ВВ, тогда как в 1 м скважины диаметром 105–150 мм — до 15–20 кг взрывчатки. Это определяет значительную трудоемкость шпуровой отбойки, т. к. для добычи одного и того же количества руды нужно пробурить шпуров в несколько раз больше, чем скважин. Поэтому шпуровую отбойку используют, как правило, в тех случаях, где невозможно или невыгодно применять скважинную.

Порядок выемки руды с использованием шпуров — послойный в восходящем или в горизонтальном направлении. При восходящей выемке массив руды отрабатывают горизонтальными слоями снизу вверх. Так как при этом люди работают под рудным массивом, он должен иметь устойчивость не ниже средней. Отбойку руды в каждом слое осуществляют восходящими шпурами, если руда устойчива, или горизонтальными шпурами, если устойчивость массива недостаточна (рис. 6.47). Последнее объясняется тем, что при отбойке горизонтальными шпурами кровля забоя получается более гладкой и в ней образуется меньше заколов — кусков, слабо связанных с массивом и способных отделиться от него в любой момент. При отбойке восходящими шпурами можно бурить шпуры одновременно несколькими бурильными машинами по длине забоя и отбивать руду в больших объемах, чем при отбойке горизонтальными шпурами, длина которых (до 3–4 м) ограничивает разовый объем отбойки.

Схемы отбойки руды горизонтальными (а и в) и восходящими (б) шпурами
Рис. 6.47. Схемы отбойки руды горизонтальными (а и в) и восходящими (б) шпурами (а, б – отбойка на две свободные поверхности, в – на одну): 1 — самоходная бурильная установка; 2 — телескопный перфоратор; 3 — ручной перфоратор на пневмоподдержке

Отбойку в горизонтальном направлении осуществляют в длинных забоях (лавах) на две обнаженные поверхности (выемка уступом) или в узких забоях с одной обнаженной поверхностью, как при проведении горных выработок (см. рис. 6.47, в).

Параметры шпуровой отбойки — л.н.с. или площадь забоя, приходящаяся на один шпур и изменяющаяся от 0,25–0,4 м2 в узких, стесненных забоях до 0,5–1 м2 в забоях большой площади.

При шпуровой отбойке применяют следующее буровое оборудование: ручные перфораторы с пневмоподдержкой (горизонтальные и слабонаклонные шпуры), телескопные перфораторы (восходящие шпуры); самоходные бурильные установки (шпуры любого направления). Заряжание шпуров патронированными ВВ обычно производится вручную, а при использовании гранулированных ВВ применяются пневмозарядные установки эжекторного или нагнетательного типов. Взрывание шпуровых зарядов производят посредством огнепроводного шнура (при небольшом числе зарядов) или с помощью электродетонаторов.

Технико-экономические показатели шпуровой отбойки:

  • производительность труда бурильщика изменяется от 5–50 м3/смену при использовании перфораторов до 400–600 м3/смену при применении самоходных бурильных установок с 2–3 бурильными машинами (большие величины — в рудах средней крепости и забоях достаточной площади);
  • удельный расход ВВ на отбойку — 0,6–3 кг/м3;
  • выход отбитой руды на 1 м шпура — 0,3–1,5 м3/м;
  • выход негабарита — от 0 до 3–5 %.

Область применения шпуровой отбойки — маломощные рудные тела жильных месторождений, проходческие работы при проведении практически всех видов горных выработок.

Минная отбойка

Как основной способ отбойки распространена мало. Ее применяют в основном для обрушения целиков, в которых уже есть или могут быть проведены горные выработки. Заряды ВВ, масса которых достигает сотен килограммов, размещают на почве выработок или в их ответвлениях (минных карманах) насыпью или в мешках. Расстояние между зарядами достигает 8–12 м. Перед взрыванием заряды иногда засыпают забойкой из дробленой породы для увеличения эффективности разрушения массива.

Механическая отбойка

Механическая отбойка применяется в основном при выемке руд и пород с применением самоходных шарошечных комбайнов.

Самообрушение руды

Это наиболее дешевый вид отбойки. Под рудным массивом проводят сеть пересекающихся выработок, раздельных между собой наибольшими целиками. Затем на определенной площади целики разрушают (взрывают), вследствие чего рудный массив снизу лишается опоры (подсекается). Под действием собственного веса и давления налегающих пород рудный массив начинает растрескиваться (как говорят, «созревать») и затем обрушаться. Увеличивая площадь подсечки, можно развивать самообрушение массива.

Наиболее благоприятна для самообрушения руда, разбитая частой сетью трещин, однако достаточно устойчивая для того, чтобы в ней можно было сохранять горные выработки. Такие условия довольно редки, поэтому разработка руд с использованием самообрушения распространена мало. В нашей стране ее испытывали в середине прошлого века, за рубежом самообрушение руд применяют в единичных случаях на рудниках Чили, США и ФРГ.

Выпуск руды

Выпуск — перемещение отбитой руды под действием собственного веса и под воздействием погрузочных и доставочных машин из очистного пространства в доставочные или транспортные выработки. Выпуск руды применяют, если доступ людей в очистное пространство запрещен или невозможен, т. е. очистное пространство представляет собой бункер, заполненный отбитой рудой.

Применяют следующие способы выпуска руды:

  • донный — через специальные выработки в днище (основании) очистных блоков;
  • торцевой — через торец выработки.

Выработки для донного выпуска руды — воронки и траншеи (рис. 6.48).

Схемы оснований блоков в виде воронок (а) и траншеи (б) при донном выпуске руды
Рис. 6.48. Схемы оснований блоков в виде воронок (а) и траншеи (б) при донном выпуске руды: 1 — откаточные орты; 2 — рудоспуск; 3 — выпускная выработка; 4 — скреперный штрек; 5 — вентиляционный восстающий; 6 — воронки; 7 — дучка; 8 — ходовой восстающий; 9 — откаточный штрек; 10 — ниши для погрузочной машины; 11 — веер взрывных скважин для образования траншеи; 12 — траншейный штрек; 13 — траншея; 14 — выпускные отверстия в почве траншейного штрека

Воронка — углубление в днище (основании) блока в форме перевернутого конуса или цилиндра. В основании воронки проходят выработку (выпускную дучку), соединяющую очистное пространство через полость воронки с доставочным или транспортным горизонтом.

Воронки образуют посредством шпуровой отбойки, что связано с повышением затрат, однако их размеры и форму легко приспособить к изменению мощности рудного тела и вследствие этого уменьшить потери руды.

Траншеи имеют сходящиеся к низу стенки. Для их образования в основании проходят траншейную выработку, из которой выбуривают вертикальные веера скважин и взрывают их, как правило, одновременно с отбойкой руды в блоке (в отличие от воронок, которые обычно образуют заблаговременно). К траншее снизу подводят погрузочные выработки, через которые ее соединяют с доставочным или транспортным горизонтом. Затраты на образование траншей меньше, чем на образование воронок. Однако из-за прямолинейной формы и использования для отбойки более мощных скважинных зарядов их применяют, как правило, при разработке мощных залежей устойчивых руд.

При взрывной отбойке руды почти не удается избежать выхода негабаритных кусков. Поэтому очистная выемка обычно сопровождается вторичным дроблением негабарита.

Вторичное дробление осуществляют либо в очистном пространстве, если там работают люди, либо в выпускных, погрузочных или доставочных выработках.

Наиболее часто применяют взрывное дробление негабарита. При дроблении накладными зарядами их кладут на кусок негабарита и присыпают сверху забойкой (глиной с песком или мелкой породой). При взрыве накладных зарядов образуются мелкие осколки, которые могут повредить крепь, оборудование, кабели или трубы. Расход ВВ составляет при этом до 1,5–2 кг на 1 м3 негабарита.

Шпуровые заряды позволяют лучше использовать энергию взрыва, поэтому удельный расход ВВ снижается в 3–4 раза по сравнению с использованием обычных накладных зарядов. Однако при этом необходимо дополнительное время на бурение шпуров.

В последние годы все более широкое применение при дроблении негабарита находят кумулятивные накладные заряды, в которых используется эффект концентрации энергии взрыва вдоль оси сферической выемки, создаваемой в заряде. Этот способ дробления негабарита обладает всеми достоинствами обоих рассмотренных выше способов и практически лишен их недостатков.

При любом варианте взрывного вторичного дробления требуется приостанавливать работы по погрузке и доставке руды для проведения взрыва и проветривания забоя. Поэтому, если есть возможность, нужно отбирать и складировать негабаритные куски и взрывать их по несколько штук (удобнее всего в конце смены, перед перерывом).

Из-за неудобств, связанных с взрывным дроблением негабарита на рудниках, все чаще применяют установки для механического дробления — гидро- или пневмоударники. Обычно они стационарные, на консоли, поэтому используются, как правило, у рудоспусков. Кроме того, выпускают образцы самоходных машин для дробления негабарита, оснащенные гидроударниками, которые могут работать непосредственно в забоях.

Ликвидация зависаний. При выпуске отбитой руды из очистного пространства в выпускных отверстиях образуются зависания — застревания крупных кусков или заклинивание нескольких мелких. Зависания возникают тем чаще, чем больше в руде негабарита. Для ликвидации зависания над выпускным отверстием под них подводят на шестах заряд ВВ — фугас массой от нескольких килограммов до десятков килограммов ВВ. При взрыве фугаса одновременно дробятся и негабариты, застрявшие в выпускном отверстии (рис. 6.49).

Схемы ликвидации низкого (а), высокого (в) заторов с использованием фугасов и низкого затора с применением пневмоимпульсных устройств
Рис. 6.49. Схемы ликвидации низкого (а), высокого (в) заторов с использованием фугасов и низкого затора с применением пневмоимпульсных устройств (б): 1 — накладной заряд; 2 — скреперный штрек; 3 — фугас на шесте; 4 — затор; 5 — горловина воронки; 6 — рудная «постель»; 7 — пневмоимпульсное устройство

Если зависание возникает в результате заклинивания кусков между лобовиной выпускного отверстия и насыпью руды под ним, то оно может быть ликвидировано как взрывным, так и безвзрывным способом. Для этого на многих рудниках цветной и черной металлургии применяют пневмоимпульсные устройства (ПУ), позволяющие разрушать зависания руды за счет энергии сжатого воздуха, подаваемого в устройство, заранее размещенное на днище выпускной выработки (рис. 6.49, б).

Доставка руды

Доставка — перемещение отбитой руды из забоя в средства подземного транспорта. На нее приходится от 30 до 50 % всех затрат на очистную выемку в блоках.

Доставку руды можно осуществлять:

  • под действием собственного веса отбитой руды — самотечная;
  • специальными машинами и оборудованием — механизированная;
  • силой взрыва — взрывная.

В пределах очистных блоков (панелей) доставка включает в себя ряд взаимосвязанных операций (в том числе, как правило, вторичное дробление негабарита, а при донном выпуске — и ликвидацию зависаний). Причем обычно сочетается несколько способов доставки.

Самотечная доставка руды осуществляется по очистному пространству или по рудоспускам.

Самотечную доставку по очистному пространству применяют довольно широко. Так как при этом оно выполняет роль бункера для отбитой руды, то после самотечной доставки по очистному пространству следуют ее выпуск и погрузка в транспорт или механизированная доставка по почве доставочных выработок.

Самотечную доставку руды по рудоспускам применяют на многих рудниках. Длина рудоспусков меняется от нескольких до сотен метров (Тырныаузский вольфрамо-молибденовый комбинат). Для беспрепятственного движения руды по рудоспускам угол их наклона должен быть не менее 55–60°, а его диаметр — в 3–4 раза больше размера кондиционного куска.

Механизированная доставка руды. Механизированная доставка включает в себя погрузку (совмещаемую с выпуском после самотечной доставки), собственно доставку и разгрузку. Возможны случаи, когда доставка заключается только в погрузке в транспортные средства.

При механизированной доставке применяют или только погрузочные машины (погрузка в транспорт), или комплексы погрузочных и саморазгружающихся доставочных машин, или, наконец, комбинированное погрузочно-доставочное оборудование.

На рудниках, разрабатывающих металлические руды, погрузку руды непосредственно в транспортные средства применяют при очистной выемке довольно широко. Основным видом погрузочного оборудования при этом являются установки непрерывного действия — питатели (главным образом, вибрационные), выпускающие руду из воронок или траншей и грузящие ее в вагоны электровозного транспорта.

Широкое распространение получили на рудниках цветной металлургии комплексы из самоходных погрузочных и доставочных машин. Например, на рудниках Джезказганского и Ачисайского комбинатов в Казахстане применяют комплексы экскаватор — автосамосвал, погрузочная машина с нагребающими лапами типа ПНБ — автосамосвал. А на Тырнаузском комбинате на Кавказе и на Абаканском руднике успешно используют комплекс вибропитатель–автосамосвал. Производительность этих комплексов в зависимости от длины доставки достигает до 800–1200 т/смену. На рудниках Джезказганского ГМК при доставке в очистном пространстве хорошо зарекомендовали себя комплексы, состоящие из ковшового погрузчика с ковшом вместимостью 3–4 м3 и автосамосвала. Комплексы погрузочная машина–автосамосвал применяют для доставки руды по очистному пространству высотой не менее 3 м при погрузке руды погрузочными машинами типа ПНБ и не менее 5 м при погрузке экскаваторами и ковшовыми погрузчиками. Длина доставки автосамосвалами — 400–1000 м.

К погрузочно-доставочному оборудованию относят скреперные установки, самоходные погрузочно-доставочные (ПД) и погрузочно-транспортные (ПТ) машины.

Скреперные установки вследствие конструктивной простоты и невысокой стоимости являются на многих, особенно небольших рудниках наиболее распространенным оборудованием для доставки руды (рис. 6.50). Их успешно применяют в узких забоях, небольшой мощности залежах и при ограниченном поперечном сечении доставочных выработок. Мощные установки обычно используют при донном выпуске в рудных телах значительной мощности. Руду скреперуют на расстояние 10–30 м в рудоспуск или через полок (настил с грохотом) непосредственно в вагоны. Иногда руду под уклон скреперуют мощными установками на расстояние до 150 м и более. В целом использование скреперных установок наиболее эффективно при разработке маломощных рудных тел, залежей с малыми запасами, расположенными на некотором расстоянии от основных запасов шахтного поля, а также на рудниках с невысокой годовой производительностью и при разработке неустойчивых руд, когда необходимо проведение выработок минимального поперечного сечения, в которых не может работать другое (например, самоходное) оборудование.

Схема скреперной доставки и погрузки руды
Рис. 6.50. Схема скреперной доставки и погрузки руды: 1 — скреперная лебедка; 2 — грохот; 3 — холостая ветвь каната; 4 — скреперная выработка; 5 — оронка; 6 — хвостовой блочок; 7 — скреперный ковш; 8 — рабочая ветвь каната; 9 — транспортная выработка

Наиболее универсальные виды самоходного оборудования для доставки руды — погрузочно-доставочные (ПД) и погрузочно-транспортные (ПТ) машины. В настоящее время выпускают несколько типоразмеров такого оборудования. Например, машины типа ПД имеют грузоподъемность от 2 до 12 т (5 типоразмеров), а машины типа ПТ — от 2,5 до 20 т (5 типоразмеров). Скорость движения машин ПД и ПТ составляет в среднем 6–10 км/ч из-за сложности трассы и неровности почвы доставочных выработок, которые к тому же нередко имеют уклон до 10–12°. Производительность ПД (рис. 6.51) и ПТ машин снижается при увеличении длины доставки. В зависимости от грузоподъемности (вместимости ковша) машин типа ПД оптимальная длина доставки изменяется от 50–80 до 250–300 м. При этом их производительность может достигать 600–1200 т/смену. Машины типа ПТ при одинаковой грузоподъемно-сти с машиной типа ПД имеют меньшие размеры и могут проходить по выработкам меньшего поперечного сечения. Их выгоднее применять при длине доставки от 100 до 500 м и более мелком дроблении.

Схема доставки руды до рудоспуска ковшовыми погрузочно-доставочными машинами типа ПД
Рис. 6.51. Схема доставки руды до рудоспуска ковшовыми погрузочно-доставочными машинами типа ПД: 1 — траншея; 2 — погрузочно-доставочная машина под погрузкой; 3 — доставочная выработка; 4 — погрузочный заезд; 5 — погрузочно-доставочная машина на разгрузке у рудоспуска; 6 — рудоспуск

Взрывная доставка (рис. 6.52) была впервые применена в нашей стране в условиях, где невозможны или нецелесообразны другие ее виды (самотечная, механизированная), например, при разработке наклонных залежей с углом падения от 15 до 45°.

Взрывная доставка руды
Рис. 6.52. Взрывная доставка руды: 1 — выработка для бурения скважин (буровой восстающий); 2 — скважины; 3 — выработка для приема отбитой руды; 4 — штрек для образования отрезной щели; 5 — выработка для погрузки руды

Руду отбивают веерными или параллельными скважинами в направлении падения залежи. Вследствие метательного действия взрывных газов, обладающих высоким давлением, отбитая руда отбрасывается вниз по падению залежи в воронки на расстояние от 20 до 60 м. Это расстояние тем значительнее, чем больше угол падения и мощность залежи. Часть руды падает на почву залежи на более близком расстоянии, и со временем там накапливаются довольно значительные остатки, причем они тем больше, чем меньше угол падения и больше длина доставки. Эта руда препятствует взрывной доставке, поэтому время от времени почву очистного пространства зачищают от остатков руды скрепером или бульдозером, который на канате прикрепляют к лебедке, установленной на верхнем горизонте. Бульдозером управляют дистанционно из буровой выработки, т. к. вход в открытое очистное пространство запрещен.

Управление состоянием массива

Как уже отмечалось, нетронутый массив руд или пород находится в равновесном напряженном состоянии, которое нарушается после проведения в массиве горных выработок. Массив при этом обнажается, и часть его лишается естественной опоры, вследствие чего происходит перераспределение напряжений. Если породы или руды неустойчивы, они могут обрушиться в сторону обнажения. Если же массив сложен устойчивыми породами, то характер их поведения зависит от размеров обнажения.

При наличии опор с двух сторон обнажения породы как бы прогибаются в сторону свободного пространства. При этом испытывают растягивающие напряжения, сопротивление которым почти в 10 раз меньше, чем сопротивление пород сжимающим напряжениям. Вследствие этого начинается растрескивание массива, которое может переходить в обрушение. Обрушение обычно прекращается; когда над выработанным пространством образуется устойчивая куполообразная выемка — свод естественного равновесия. Давление налегающей толщи передается на опоры этого свода, и по бокам выработанного пространства возникают зоны повышенного опорного давления. При небольшой глубине или при значительной ширине выработанного пространства купол свода может достигать поверхности. При наличии над выработанным пространством устойчивой кровли, а также при выемке руды сплошным фронтом позади забоя образуется нависающая плита (консоль) из устойчивых пород, опорой которой служит забой. Эта плита под действием собственного веса и давления вышележащей толщи стремится опуститься в выработанное пространство, чему препятствует массив руды в забое. Поэтому в призабойной зоне массива также возникает повышенное опорное давление (рис. 6.53).

Общий характер распределения опорного горного давления в вертикальной плоскости при выемке пологого пласта
Рис. 6.53. Общий характер распределения опорного горного давления в вертикальной плоскости при выемке пологого пласта: а — подзона пониженных напряжений, сравнимых с ?срН; б — повышенных напряжений; в – вторая подзона пониженных напряжений; г — напряжений, близких к ?срН; 1 — крепь очистного забоя; 2, 3, 4 — кривые распределения опорного давления соответственно по теории концентрации напряжений

Опорное давление может в несколько раз превышать горное давление на данной глубине в нетронутом массиве. Когда величина опорного давления становится больше сопротивления массива сжатию, он разрушается. В хрупких породах разрушение имеет взрывообразный характер и называется породным взрывом, а при больших масштабах разрушения — горным ударом. Это крайне опасное явление, приводящее к катастрофическим последствиям.

Для избежания нежелательных или опасных по-следствий горным давлением при очистной выемке управляют различными способами:

  • естественным поддержанием очистного пространства;
  • обрушением налегающих пород;
  • искусственным поддержанием очистного пространства.

Естественное поддержание очистного пространства заключается в предохранении от обрушения налегающей толщи с помощью целиков — участков рудного массива, выполняющих роль опор. При пологом и наклонном залегании целики имеют форму столбов квадратного, прямоугольного, круглого поперечнных сечений (столбчатые целики) или сплошных стен (ленточные целики). При крутом падении целики оставляют сплошными. Размеры столбчатых целиков в плане могут изменяться от 3 до 8 м при расстоянии между их осями от 6 до 20 м. Сплошные целики при крутом падении располагают через 30–100 м, их поперечные размеры достигают 6–30 м. Естественное поддержание очистного пространства возможно при устойчивых рудах и породах и глубине разработки не более 1000–1500 м.

При обрушении налегающих пород целики и крепление отсутствуют, но доступ в очистное пространство невозможен и отбитую руду в основном выпускают под обрушенными породами. Это приводит к перемешиванию руды с пустыми породами, ее обеднению (разубоживанию). Его можно применять только в том случае, когда допустимо обрушение поверхности, а во вмещающих породах, находящихся в зоне обрушения, отсутствуют водоносные слои и плывуны, которые через обрушение могут прорваться в подземные выработки и затопить их. Недопустимо также, чтобы отбитая руда слеживалась или самопроизвольно возгоралась (руды с высоким содержанием серы).

Искусственное поддержание очистного пространства осуществляют крепями различных конструкций или закладной. Крепь применяют для сохранения очистного пространства только на время очистной выемки. Как правило, используют деревянную крепь как самую дешевую, изредка металлическую в виде стоек и рам. При добыче руды механизированными комплексами применяют передвижную механизированную металлическую крепь. Искусственн