Рудная масса по своему строению представляет сплошное сыпучее тело, состоящее из частиц разных форм и размеров. Механические свойства такого сыпучего тела определяются формой частиц, взаимным их расположением и характером связи между частицами.

Прежде всего на процесс истечения влияет зависимость сопротивления сдвигу, которая определяется величиной давления налегающих руд и пород и структурного сцепления

Различают идеально сыпучую среду, где действуют только силы трения, а t_о = 0 и связано сыпучую среду, где имеет место структурное сцепление. Например, среда представленная частицами размером менее 5 мм не имеет структурного сцепления, т. к. поверхность соприкосновения ничтожно мала. С другой стороны, среда, содержащая частицы фракции 0,05÷0,005 мм в объеме более 25 %, при наличии влаги 5÷20 %, склонна к слеживанию. Поэтому переизмельчение руды при отбойке не допускается. Также следует учитывать, что при перепуске рудной массы по рудоспускам она подвергается дополнительному измельчению, насыщается водой и с течением времени слеживается.

Коэффициент разрыхления К_р показывает во сколько раз объем породы в разрушенном состоянии больше, чем в естественном массиве. К_р обычно составляет 1,5÷1,7.

Коэффициент разрыхления отбитой руды непостоянен по толщине и высоте разрушенного слоя и снижается во времени, если среда неподвижна.

Для комплексной оценки сыпучих свойств среды используют показатель сыпучести р, который зависит от крупности кусков, гранулометрического состава, коэффициента разрыхления, коэффициента внутреннего трения:

Геометрически показатель сыпучести является радиусом вершины кривизны параболы и измеряется в метрах. В целом значения показателя сыпучести рудной массы на действующих рудниках изменяются от 0,3 до 1,3 м.

Рекомендуется принимать для руд ниже средней крепости (f = 6÷10), хорошо дробимых, слоистых, трещиноватых р = 0,45÷0,55. С увеличением степени дробления и коэффициента разрыхления среды К_р=1,4-1,5 показатель сыпучести принимать р = 0,35÷0,4. При отбойке на зажимающую среду показатель сыпучести среды уменьшается до 0,2÷0,3.

Для рудников Норильского, Тырнаузского и др. (руда крепкая, крупнокусковая) установлена следующая зависимость:

К_р 1,08 1,13 1,21 1,3 1,4

р 0,55 0,65 0,8 0,85 1,05.

Для рудников горной Шории при коэффициенте разрыхления К_р=1,5 - 1,7 показатель сыпучести рудной массы достигает р=0,95-1,24.

Для апатитовых рудников Кольского полуострова при отбойке на зажимающую среду р = 0,55, при отбойке на компенсационное пространство р = 0,95 - 1,25.

Самотечная доставка руды

Самотеком доставляют руду под действием собственной силы тяжести по очистному пространству или по рудоспускам. Самотечные способы доставки руд являются одними из самых низкозатратных.

Для реализации самотечной доставки руд по очистному пространству угол падения залежи может быть различным, но благоприятнее крутое падение, при котором все выпускные и доставочные выработки располагаются в рудном теле. Мощность залежи при крутом падении может быть любой, а при пологом и наклонном она должна быть не менее 15-20 м, чтобы окупились расходы на образование выработок для выпуска и доставки руды в лежачем боку.

Самотечной доставкой руды по очистному пространству (обычно в комбинации с последующей механизированной доставкой по подготовительным выработкам) доставляют приблизительно 90% железных руд, около 50% руд цветных металлов и практически 100% фосфатных руд. Отбитая руда под действием силы тяжести перемещается по очистному пространству к выпускным выработкам, пройденным в основании блока. Из которых руда грузится непосредственно в вагоны или в средства механизированной доставки.

Очистное пространство в одних случаях поддерживается естественно за счет устойчивости руд и окружающих пород (открытое очистное пространство) или заполняется отбитой рудой (рис. 3.12а). В других случаях очистное пространство по мере выпуска руды заполняется обрушенными породами, и тогда выпускают руду под налегающими обрушенными породами (рис. 3.12б). Качество руды при открытом очистном пространстве постоянно, а при выпуске под налегающими породами оно изменчиво.

При доставке руды в открытом очистном пространстве иногда используют специальные устройства, которые направляют отбитую руду к месту погрузки: рештаки, настилы (рис. 3.13).

Для самотечной доставки в центре или по границам очистного блока оборудуются рудоспуски, площадью сечения 1,5-2 м², с погрузочными люками. Рудоспуски отшиваются от очистного пространства, закладочного массива, ходового отделения деревом или металлом (см. рис. 3.13), возможно

Выпускные выработки

При донном выпуске отбитая руда по очистному пространству самотеком поступает в рудоприемные траншеи, воронки, рудоспуски или щели, образованные в основании блока, из них в выпускные выработки, и далее - либо в выработки для механизированной доставки руды, либо (реже) в люки для погрузки в вагоны электровозной откатки.

Рудоприемные воронки целесообразно применять главным образом при малой мощности залежей или неустойчивых рудах и под целиками.

Форма воронок ясна из их названия (рис. 3.4). Непосредственно в основании воронки располагаются выработки – дучки, по которым ведется выпуск руды. В горизонтальном сечении воронки могут быть круглыми, прямоугольными, эллипсовидными и квадратными Воронки могут иметь одностороннее или двустороннее расположение, соосное или в шахматном порядке (двустороннее, соосное расположение воронок см. на рис. 3.4).

Сопряжение доставочной выработки с дучкой может быть: а) с нишей; б) без ниши (рис. 3.5).

При выборе размеров воронки необходимо учитывать, что малая площадь воронки ведет к увеличению числа надштрековых целиков, но обеспечивает более равномерный выпуск и снижение потерь, а увеличение размеров воронки вызывает рост потерь в межвороночном пространстве. Если руды рыхлые и склонны к слеживанию, то диаметр воронки обычно не превышает 4÷7 м, в скальных породах – 6÷10 м. По условию устойчивости диаметр воронки должен быть не менее 3,5 м.

Образуют воронки шпурами или штанговыми шпурами (рис. 3.6). Шпуровой метод применяют в маломощных залежах и, иногда, при весьма крепких рудах: обычно проходят вертикальную выработку, а затем расширяют ее шпурами до проектных контуров воронки (см. рис. 3.6, I). При пониженной устойчивости руды в последнюю очередь взрывают шпуры опережающего забоя восстающего и штанговые скважины, пробуренные вокруг него.

В большинстве случаев производят над воронками низкую (высотой 2÷3 м) подсечку на всей площади очистных камер, а если руда достаточно устойчива, то и на части площади под целиками.

Подсечка – пространство, высотой 2÷3 м, отделяющее запасы блока от днища.

Штанговыми скважинами образуют воронки в мощных и средней мощности залежах. Проходят короткий восстающий, пробуривают из него один-два кольцевых комплекта крутонаклонных восходящих штанговых скважин, взрывом зарядов в которых и образуют воронку (см. рис. 3.6, II).

По отношению к отбойке основных запасов воронки оформляют заблаговременно или одновременно с небольшим (несколько десятков миллисекунд) опережением.

Особенность образования воронок под целиками состоит в следующем. Перед разрушением целика, разделывают воронки на максимально возможной площади (по условию устойчивости целика). Но основную часть, а иногда и все воронки приходится образовывать одновременно с обрушением целика. Для этого проходят заблаговременно короткие восстающие и из них пробуривают один-два кольцевых комплекта штанговых скважин или шпуров. Заряды взрывают в следующей последовательности: в первую очередь - внутреннее кольцо скважин, с замедлением - внешнее кольцо, а затем с еще большим замедлением - заряды в целиках.

Основной недостаток применения воронок – высокая трудоемкость работ при образовании воронки.

Рудоприемные траншеи появились намного позднее воронок. Одна траншея заменяет один или два продольных ряда воронок (рис. 3.7). Траншеи применяют преимущественно в залежах мощных и средней мощности с устойчивыми рудами.

Имеются различные варианты траншей (рис. 3.8). Траншеи в поперечном сечении имеют форму опрокинутой трапеции, прямоугольника или прямоугольника с лежащей на нем опрокинутой трапецией. К основанию траншеи пройдены выпускные выработки; при устойчивой руде они могут иметь увеличенный (до 3÷4 м и более) размер по длине траншеи.

В результате формирования траншей вынимают нижнюю часть камер или блоков, подсечку осуществляют одновременно с погашением вышележащих запасов или с опережением при образовании траншеи (в этом случае применение траншей называют траншейной подсечкой).

В крутых залежах при наклонном основании блока почва траншеи может быть расположена на уровне горизонта механизированной доставки или транспорта руды, выпускают руду из траншеи через горизонтальные сбойки - ниши или заезды (см. рис. 3.8).

Образование траншеи. Обычно в основании будущей траншеи проводят траншейный орт или штрек (рис. 3.9,а). Из него пробуривают вертикальные веера скважин и затем взрывают веера скважинных зарядов последовательно на отрезную щель, в результате чего по длине выработки постепенно образуется траншея высотой 5÷12 м.

Иногда образуют из одного орта (штрека) две траншеи веерами скважин, пробуренных горизонтально и сверху вниз (см. рис. 3.9,б). Этот вариант применяют при последующем самообрушении подсеченной руды, через торец буровой выработки наблюдают за ходом самообрушения.

Достоинства траншей по сравнению с воронками: руду в траншеях отбивают скважинными зарядами, при этом производительность работ примерно сопоставима с производительностью работ на очистной выемке; исключаются трудоемкие работы по проходке узких вертикальных выработок, требуемых для разделки воронок; исключается отдельная стадия подсечки; снижается запас руды в трудно извлекаемых целиках основания блока.

Основным недостатком траншейного днища является недостаточная его устойчивость в условиях руд средней и малой крепости.

Ширина траншей и воронок принимается из следующих соображений. Уменьшение ширины выпускных выработок приводит к снижению запаса руды в межтраншейных (межвороночных) гребнях, из которых 50-70% запасов неизбежно теряется; сокращаются потери отбитой руды на гребнях при выпуске под налегающими обрушенными породами; при магазинировании руды облегчается ликвидация сводов зависания и равномернее опускается поверхность магазина.

Ограничительными факторами уменьшения ширины траншей (воронок) являются: минимально допустимая толщина межтраншейных (межвороночных) целиков по условию прочности, с учетом нарушения их взрывами для ликвидации заторов руды при выпуске; минимальное расстояние между выпускными отверстиями по условию размещения оборудования, работающего на выпуске руды, например, - питателей или самоходных машин.

С учетом этих ограничений ширина траншей (воронок) принимается:

- при выпуске руды вибропитателями - обычно около 10 м, иногда до 12-15 м;

- при скреперной доставке - обычно 6-8 м, но может составлять от 4-5 до 10-12 м.

Меньшие значения здесь относятся главным образом к менее крепким и устойчивым рудам, в которых требуется надежное крепление доставочных, а иногда и выпускных выработок при любой ширине воронок.

Расстояния между выработками выпуска (дучками) должны выбираться по конструктивным соображениям с учетом обеспечения прочности основания днища и минимума потерь и разубоживания руды.

При определении угла наклона откосов траншей (воронок) исходят из того, что при открытом очистном пространстве руда может скатываться по стенке с уклоном 45÷55°, а в случае заполнения пространства обрушенной массой - 65÷80°. Чем более влажная руда и чем в большем количестве содержит мелких фракций, тем круче принимается угол откоса.

Для сохранения доставочных выработок при неустойчивых рудах дучки оформляют удлиненными. Наличие крепких и устойчивых руд позволяет формировать короткие дучки или полностью отказаться от них.

При применении выпускных рудоспусков (рис. 3.10) отбитая рудная масса под собственным весом попадает непосредственно в откаточный сосуд (стадия доставки отсутствует).

С целью повышения производительности труда при наличии мощного бурового оборудования применяют выпускные щели (рис. 3.11).

Ширина выпускных щелей может достигать 10÷15 м.