Том 49 Вып. 1

На Заполярном руднике Норильского комбината сложные условия залегания месторождения вкрапленных руд затрудняют освоение систем разработки и выбор их отдельных конструктивных элементов. Отсутствие аналогичных примеров в мировой горнорудной практике заставило искать новые пути решения горнотехнических вопросов, проверять и исправлять принятые решения. Быстрые темпы роста добычи руды при­вели к тому, что опытное применение новых вариантов систем и методов управления горным давлением шло одновременно с эксплуатационными работами. Иногда это способствовало скорейшему решению возникающих проблем, а в других случаях, напротив, затрудняло правильные вы­воды.

Месторождение вкрапленных медно-никелевых руд, разрабатываемое Заполярным рудником, представлено пластообразной залежью габбро-диабазов мощностью до 30 м, падающей под углом 12—20°. Выше рудо­носной интрузии залегают эффузивные породы (порфириты, габбро-диабазы) общей мощностью 180—250 м.

Известно, что массовое взрывание руды скважинами или минными зарядами при системе принудительного этажного обрушения может производиться на предварительно образованные компенсационные камеры или без них. Последний способ — одностадийная отбойка руды в зажатой среде — сейчас применяется на апатитовом руднике им. С. М. Кирова, на Заполярном руднике Норильского комбината, на Салаирском руднике, на руднике им. XXII съезда КПСС Зыряновского ком­бината и др. Способ отбойки сказывается на физико-механических свойствах отбитой руды: если при вариантах с компенсационными камерами коэф­фициент начального разрыхления руды сразу после взрывания блока изменяется от 1,3 до 1,6, то при одностадийной отбойке этот коэффициент колеблется от 1,1 до 1,3.

Правильный выбор системы подземной разработки и ее основных конструктивных элементов особенно важен для предприятий, разраба­тывающих сложные жильные формы. На таких предприятиях производ­ственный процесс обычно завершается получением концентратов, поэтому эффективная система разработки должна обеспечить минимальную стои­мость конечной продукции. В связи с этим выбор системы разработки включает следующие этапы: отбор эффективных систем разработки по горнотехническим и технико-экономическим факторам; сравнительную экономическую оценку отобранных систем разработки; промышленные исследования отобранных систем разработки и уточнение их основных конструктивных элементов; технико-экономический анализ систем и ре­комендация наиболее эффективных вариантов.

Нагорные апатитовые карьеры Расвумчорр-Цирк и Центральный расположены в центральной части Хибинского массива и отрабатывают часть дугообразной апатитовой залежи. Район месторождения характерен суровыми климатическими усло­виями: низкие отрицательные температуры зимой (до —36° С), снежные метели и бураны. Число дней в году с отрицательными температурами на высокогорном плато Расвумчорр достигает 300, на карьере Расвумчорр-Цирк — 270. Продолжительность зимнего периода 9 месяцев; толщина снежного покрова на плато превышает 3 м. Значительно усложняют ра­боту карьеров зимой частые туманы и лавиноопасные склоны. По проекту института «Гипроруда» производительность карьеров: Расвумчорр-Цирк 1,8 млн. т, Центрального 12 млн. т руды в год. Однако фактическая производительность карьера Расвумчорр-Цирк значительно превысила проектную.

Одно из полиметаллических месторождений Союза, где мощность жил колеблется от нескольких сантиметров до 2—3 м и углы падения от 25 до 90°, представлено разнообразными жильными формами, среди которых широко распространены ветвящиеся рудные тела. Особенно сложна разработка жил, ветвящихся по восстанию, так как приемлемость производительной на тонких жилах системы с магазинированием руды определяется возможностью частичного выпуска руды из разветвленных магазинов на общий этажный штрек. От этого зависят выбор варианта системы разработки, объем подготовительно-нарезных работ, производи­тельность труда и себестоимость руды. Возможность частичного выпуска при одновременной отбойке во всех разветвлениях жилы (основной жилы и апофиз) определяется скоростью истечения руды из магазинов по жиле и апофизам.

При подземной разработке месторождений цветных металлов довольно часто рудные междукамерные целики заменяют искусственными обычно бетонными «целиками»-опорами, чтобы добиться наиболее полного извле­чения богатых руд, получить возможность применения высокопроизводительных способов отбойки руды как в камерах, так и при отра­ботке целиков. С точки зрения снижения себестоимости руды толщина опор и проч­ность бетона должна быть возможно меньшими. Вместе с тем бетонные опоры должны быть достаточно прочными и устойчивыми до окончания работ по выемке руды, а иногда и на более длительный срок. Поэтому выбор оптимальных размеров бетонных опор весьма важен и ответственен. Однако определившейся методики расчета параметров бетонных опор пока нет. Их размеры и марки прочности бетона определяют обычно, исходя из данных практики.

При двухстадийной разработке мощных круто падающих месторо­ждений с заменой междукамерных рудных целиков бетонными опорами-стенками очень важно правильно выбрать толщину стенки и марку бетона. Методика таких расчетов недостаточно освещена в горнотехнической литературе. Лабораторные исследования на моделях в Ленинградском горном институте показали, что междукамерные бетонные опоры при системах разработки с магазинированием руды или подэтажной отбойкой (при последующем заполнении камер закладкой) сопротивляются боковым нагрузкам подобно тонким плитам с различным закреплением по контуру. Окончательное разрушение стенки под действием боковой нагрузки происходит от потери устойчивости при опрокидывании или сдвиге (оседа­нии стенки).

На шахтах Прибалтийского сланцевого бассейна в течение нескольких лет проводились широкие промышленные испытания различных вари­антов камерной системы разработки. С целью правильного определения параметров системы на шахте № 3 комбината «Сланцы» изучалось прояв­ление горного давления, в частности, исследовалась устойчивость целиков. Промышленный пласт горючих сланцев общей мощностью 2 —3 м за­легает в условиях бассейна почти горизонтально на глубине 30—100 м и состоит из четырех слоев горючего сланца и трех породных прослойков. В кровле и почве пласта известняки переслаиваются с глинистыми и горю­чими сланцами.

Обычно породы разбиты трещинами, поэтому для суждения о дефор­мациях породы при ударе или взрыве необходимо уметь определять вол­новое сопротивление трещиноватых пород. В первом приближении примем, что параллельные трещины в породе объединены в системы, в каждой из которых раскрытость трещин d и рас­стояние между ними а постоянны. Допустим, что горная порода прони­зана тремя взаимноперпендикулярными системами трещин и что тре­щины заполнены веществом с волновым сопротивлением. Обо­значим отношение раскрытости трещин в каждой системе (і = 1. 2, 3).

При разработке любого месторождения возможны многочисленные варианты систем разработки по порядку развития фронта работ в карьере. Окончательная оценка вариантов с выбором наиболее экономичного из них ведется по обычной методике.

Развитие расчетных методов при перевалке породы за контур карьера связано с проектированием разработки группы бокситовых залежей и дальнейшими работами по определению и внедрению рациональных параметров горных работ при перевалках породы шагающими драглай­нами. Обычные проектные расчеты проводятся на многих поперечных разрезах с нанесением каждой заходки. Трудоемкость такого способа велика, а точность, зависящая от расстояния между смежными попереч­ными разрезами, мала, так как число разрезов для ускорения расчетов ограничивается.

Тихвинские бокситовые залежи, на примере которых рассматриваются зависимости при развитии фронта работ на карьерах, опасных по ополз­ням, характерны неправильной формой, небольшой шириной (в среднем 200—300 м) и значительной длиной (0,5—3 км). В связи с небольшой мощ­ностью залежей добычные работы ведут одним уступом, иногда с делением на подуступы, применяя верхнюю и нижнюю погрузку экскаваторами с ковшами 1—4 м^3. Толща покрывающих пород отличается слоистым стро­ением, изменением литологического состава в поперечном и продольном направлениях, падением глинистых слоев на отдельных участках в сто­рону выработанного пространства карьеров, а также обводненностью гравийно галечных отложений, песков, трещиноватых известняков и боксито­вых пород.

На карьерах Ленинградской области отбойку гранита ведут, разме­щая заряды взрывчатых веществ в вертикальных скважинах диаметром 105 мм. Обычно после взрывов подошва уступа получается крайне неров­ной, выступы (пороги) иногда достигают трети высоты уступа. В связи с неровной подошвой уступов производительность экскаваторов ЭКГ-4 не превышает 250 тыс. м^3/год, т. е. примерно в два раза меньше, чем на передовых горных предприятиях.

Как известно, гидравлический способ разработки обеспечивает ком­плексную механизацию труда и высокие технико-экономические показа­тели. Применительно к разработке россыпных месторождений одной из актуальных задач является определение расчетных параметров и совершен­ствование систем гидравлической добычи. Удельный расход воды на короткосезонных гидравликах с естествен­ным напором зависит как от естественных условий каждой конкретной россыпи (физико-механических свойств грунта, мощности и ширины рос­сыпи, уклона и характера плотика и др.), так и от факторов, относящихся к организации отработки россыпи (напора и количества воды, системы разработки, принятого оборудования, длины выемочного блока или наиболь­шего расстояния от забоя до шлюза, конструкции шлюзов).