Отбойка руды может осуществляться самообрушением, взрывным, механическим, гидравлическим и др. способами.

При разработке рудных месторождений преобладает взрывная отбойка руды с помощью взрывчатых веществ (ВВ). Эффективность отбойки зависит от соответствия параметров буровзрывных работ геологическим и горнотехническим условиям месторождения.

Различают два основных способа взрывной отбойки: удлиненными и камерными зарядами.

Удлиненные заряды располагают в шпурах или скважинах – пробуренных в массиве цилиндрических полостях. Глубина шпуров до 5 м, диаметр - от 30 до 70 мм; наиболее распространен диаметр шпуров в пределах 40÷50 мм. Шпуры диаметром менее 40 мм применяют при разработке жильных месторождений.

Для бурения шпуров диаметром 40÷60 мм предназначены
бурильные установки с двумя-тремя мощными перфораторами на пневмоколесном ходу с пневматическим или дизельным приводом. Бурение перфораторами (ручными, колонковыми, телескопными) применяют в забоях небольших размеров, обычно в рудных телах малой мощности.

Достоинствами шпуровой отбойки являются качество дробления руды, минимальные потери и разубоживание.

Скважины для отбойки руды имеют глубину более 5 м или диаметр более 70 мм. Наибольшее распространение получили скважины диаметром 60÷105 мм при отбойке руд средней крепости и крепких рудах. Отбойка скважинными зарядами получила широкое распространение при разработке месторождений средней и большой мощности.

Для бурения скважин применяют перфораторы с составными штангами (штанговое бурение), погружные пневмоударники, станки шарошечного и вращательного бурения.

Вращательное бурение скважин твердосплавными коронками применяют при коэффициенте крепости пород по шкале проф. Протодьяконова М.М. f<6÷8. Колонковыми электросверлами бурят скважины диаметром 50÷100 мм и глубиной 10÷40 м.

Одним из основных способов бурения является ударно-вращательное бурение скважин небольшого диаметра (45÷90 мм), глубиной до 30 м в крепких и средней крепости породах.

Широко применяются самоходные буровые станки на пневмоколесном ходу с мощными колонковыми перфораторами для вращательно-ударного бурения скважин диаметром 48÷70 мм, глубиной до 30 м.

В крепких и весьма крепких породах применяется пневмоударное бурение (глубина скважин более 12÷15 м). Бурение на отечественных рудниках выполняется станками серий НКР, ЛПС и др. Диаметр скважин 95÷180 мм, глубина бурения до 60 м.

Минимальные размеры буровых камер для бурения горизонтальных скважин: высота 2 м, ширина 2,5 м, длина 3÷3,5 м, производительность пневмоударного бурения 7÷30 м/смену.

При скважинной отбойке применяют взрывание на открытое пространство или на ранее отбитую руду, или обрушенную породу. Наибольшее распространение получило многорядное (2÷6 рядов) короткозамедленное (15÷20 мс) взрывание комплектов скважин. Различают расположение скважин в слое: параллельное, веерное, параллельно-сближенное и пучковое. Отбойка может осуществляться вертикальными, наклонными и горизонтальными слоями.

При отбойке вертикальными параллельными нисходящими или восходящими скважинами бурение осуществляют из буровых камер, пройденных на расстоянии, равном толщине отбиваемого слоя.

Веерные нисходящие и восходящие комплекты буровых скважин бурят, как правило, из подэтажных выработок. Вследствие значительного сокращения протяженности буровых выработок и возможности бурения нескольких скважин с одного места установки бурового станка наибольшее распространение получило веерное расположение.

С целью увеличения толщины отбиваемого слоя и уменьшения объема нарезных работ, повышения производительности бурения применяют параллельно-сближенное расположение скважин. Круговые комплекты скважин диаметром 60÷100 см бурят с расположением скважин по периметру круга на расстоянии 20÷30 см.

Для отбойки руды горизонтальными слоями скважины бурят из буровых камер или горизонтальных выработок (ортов, штреков). Скважины в слое располагают, как правило, веером.

При отбойке руды камерными зарядами (минная отбойка) ВВ размещают непосредственно в нарезных выработках. Руду отбивают обычно горизонтальными слоями. Этот вид отбойки эффективен при крепких трещиноватых рудах. Как правило, минная отбойка применяется на рудниках в качестве вспомогательного способа для погашения целиков и потолочин.

При минной отбойке руды сосредоточенными зарядами, расположенными в минных колодцах или непосредственно на почве минных выработок, линия наименьшего расстояния обычно составляет 8÷10 м.

При отбойке руды зарядами ВВ, нередко, образуются крупные куски, превышающие габариты рабочих органов погрузочного, доставочного и транспортного оборудования, называемые негабаритами. Наличие негабаритных кусков осложняет доставку руды из забоя к месту переработки. Поэтому негабаритные куски руды подвергают вторичному дроблению.

Для вторичного дробления применяют заряды ВВ (шпуровые или накладные) или бутобои, оснащенные гидромолотами или гидро-инъекторами.

Вторичное дробление производят непосредственно в очистном забое или в специальных выработках, расположенных на уровне откаточного горизонта.

С помощью механической отбойки производится разрушение специальными машинами полезных ископаемых, как правило, осадочного происхождения с коэффициентом крепости не более f = 6÷8 по шкале проф. М.М. Протодьяконова.

Основная доля механической отбойки приходится на горные комбайны и комплексы, которые применяют при разработке угольных месторождений, калийных и марганцевых руд. На добыче блоков строительных материалов применяют механизмы для пиления и выбуривания пород.

Комбайн предназначен для отбойки и погрузки руды на конвейер, в самоходный вагон или другие транспортные средства. При отбойке калийных и марганцевых руд, как правило, применяют комбайны проходческого типа с фронтальным расположением рабочего органа (см. рис. 4.2). Каждая очистная камера состоит из одной-трех пройденных комбайном выработок (комбайновых «ходов»), разделенных целиками шириной от 1 до 3 м. Поперечное сечение формируемых очистных камер составляет от 7,5 до 15,5 м² (рис. 8.1).

Комбайны с боковым расположением рабочего органа применяют в основном в составе механизированных комплексов при отбойке руд в протяженных очистных выработках – лавах. Комплекс включает в себя комбайн, конвейер для доставки руды и гидрофицированную крепь (рис. 8.2).

Отбойка руды самообрушением заключается в формировании подсечного пространства под отбиваемой частью массива, которое обеспечивает постепенное его разрушение по плоскостям имеющихся трещин под воздействием собственной силы тяжести. Может применяться исключительно в условиях руд неустойчивых и средней устойчивости при равномерной трещиноватости массива.

Гидравлическая отбойка производится с помощью высоконапорных струй воды. Применялась при разработке маломощных пологих пластов марганцевых руд. Недостатками данного вида отбойки являются ограничения по крепости и устойчивости отбиваемых руд, оседание на почве доставочных выработок наиболее тяжелых частиц, обогащенных металлом.

Группа электрофизических способов отбойки (электроимпульсный, электротермомеханический, лазерный и др.) не вышли из стадии поисковых изысканий или промышленных экспериментов.

Электроимпульсный способ может применяться при отбойке руд с малой электрической проводимостью (сильвинит, галит, фосфорит). Заключается в подаче через электроды импульсов высокого напряжения от генератора на горный массив, с образованием в породе проводящего канала, в зоне которого материал переходит в плазменное состояние и, расширяясь, разрушает массив.

Электротермомеханический способ может применяться в условиях пород с широким диапазоном физических свойств. Предусматривает облучение поверхности породы инфракрасным излучением плотностью более 1 Вт/см², в результате чего в определенной зоне создается поле температурных напряжений, что ослабляет прочностные характеристики породы в этой зоне и облегчает последующее механическое разрушение породы. Температура излучающего тепло генератора – 800÷900°С, температура на поверхности массива перед механическим разрушением – 150°С.

 

 

Рис. 8.1. Поперечные сечения очистных выработок, проводимых

комбайнами ПК-8 (а), ПК-10 (б), «Урал – 10КС» (в), «Урал – 20КС» (г), «Караганда – 7/15М» с одним и двумя рабочими органами (д)

 

 

Рис. 8.2. Очистной механизированный комплекс КМ144К (1 - рабочие органы комбайна; 2 – гидрофицированная крепь; 3 - призабойный конвейер)

 

Лазерный способ может применяться для разрушения локальных участков массива, однако мощность существующих источников лазерного излучения пока недостаточна, а соответствующая аппаратура громоздка и плохо приспособлена к работе в подземных условиях.