Способ подземной разработки месторождений полезных ископаемых горизонтальными слоями

 

Изобретение относится к области горной промышленности и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых, в том числе в условиях криолитозоны (зоны вечной мерзлоты), подземным способом системами горизонтальных слоев нисходящим или восходящим порядком с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями. Задачей изобретения является повышение безопасности ведения работ и снижение трудоемкости. Способ подземной разработки месторождений полезных ископаемых горизонтальными слоями с твердеющей закладкой выработанного пространства заключается в проведении очистных выработок - заходок методом недозаряжания скважин или шпуров с оставлением недозаряженных отрезков скважин в целиках между очистными выработками и отработке целиков после достижения необходимой прочности закладки в очистном пространстве. Предварительно определяют величину устойчивого обнажения кровли очистного пространства по приведенной зависимости. Затем бурят очистные скважины или шпуры глубиной, не превышающей величину устойчивого обнажения кровли очистного пространства. Единичные слои закладки могут выполнять под углом к почве выработки α=30-45^o. На почву верхнего слоя перед возведением закладочного массива могут отсыпать рудную дробленую мелочь. Проведение нижних заходок могут выполнять смещением их оси на половину ширины верхней очистной выработки. 3 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области горной промышленности и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых, в том числе в условиях криолитозоны (зоны вечной мерзлоты), подземным способом системами горизонтальных слоев нисходящим или восходящим порядком с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями.

Известен способ подземной разработки месторождений горизонтальными слоями, включающий проходку заходок с последующим заполнением их твердеющей закладкой и отработку соседних заходок (целиков) после затвердения закладки (см. В. Р. Именитов. Технология, механизация и организация производственных процессов при подземной разработке рудных месторождений. М.: - Недра, 1973. С. 395-397).

Недостатком этого способа является необходимость проведения большого объема горных выработок тупиковыми забоями.

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является способ разработки руд горизонтальными слоями с твердеющей закладкой выработанного пространства, заключающийся в проведении заходок методом недозаряженных скважин с оставлением недозаряженных отрезков скважин в целиках между заходками, отработке целиков с заряжанием отрезков скважин в них через трубы, размещаемые в закладываемых смежных заходках и соединяющие устья скважин в соседних целиках (см. авт. св. SU 573596, Е 21 С 41/06, 1975).

Недостатком данного способа является высокая трудоемкость работ, а также опасность обрушения кровли очистных выработок - искусственной кровли при нисходящем порядке отработки; или естественного горного массива - при восходящем порядке.

В основу настоящего изобретения положена задача создания подземной разработки месторождений полезных ископаемых горизонтальными слоями, обеспечивающего безопасность горных работ за счет определения величины устойчивого обнажения, не допускающего обрушения кровли при добыче полезного ископаемого из недр, а также снижение трудоемкости очистных работ за счет реализации принципа независимости при выполнении основных технологических процессов.

Поставленная задача достигается тем, что в способе подземной разработки месторождений полезных ископаемых горизонтальными слоями с твердеющей закладкой выработанного пространства, заключающемся в проведении очистных выработок методом недозаряжания скважин или шпуров с оставлением недозаряжаемых отрезков скважин в целиках между очистными выработками и отработке целиков после достижения необходимой прочности закладки в заходках, согласно изобретению, предварительно определяют величину устойчивого обнажения кровли очистного пространства В, а затем бурят очистные скважины или шпуры глубиной L, не превышающей величину В, определяемую по формуле: где ϕ - нагрузка на пролет выработки, кН/м²; τ - показатель устойчивости налегающего массива (показатель устойчивости проф. Куликова В.В.), м; γ - объемный вес налегающего массива, кН/м³.

В предпочтительных вариантах реализации способа: - единичные слои закладки выполняют под углом к почве выработки α = 30-45^o; - на почву верхнего слоя перед возведением закладочного массива отсыпают рудную дробленую мелочь; - проведение нижних заходок выполняют смещением их оси на половину ширины верхней очистной выработки.

Сущность способа заключается в следующем.

Исследованиями установлено, что нагрузка на обнажение одиночной горной выработки по кровле составляет: ϕ = γ•l²/8•τ, откуда

где l - пролет выработки по кровле, м.

При пересечении двух выработок применяют эквивалентный пролет сопряжения выработок l_экв, который можно разделить на три вида: пересечение, ответвление, примыкание. При этом l_экв= 2S/P, где S/P - гидравлический радиус. Несложные построения показывают, что применительно к нашему случаю эквивалентный пролет составит
l_экв= 2•6•а•в/(6•а+4•в),
где а - ширина первичной выработки, м;
в - ширина выработки примыкания, м;
если а = в = l, то l_экв= 1,2l.

Поскольку величина устойчивого обнажения кровли очистного пространства (то есть величина устойчивого пролета сопряжении выработок) в нашем случае равна В=2•l_экв, следовательно, окончательно получим

Таким образом, определив величину устойчивого обнажения по кровле сопряжения двух выработок В, принимают максимальную глубину бурения очистных скважин L, которая не должна превышать В, то есть должно быть соблюдено следующее ограничение L≤В.

При разработке месторождений в условиях криолитозоны (зоны вечной мерзлоты), как установлено, в качестве твердеющей закладки наиболее целесообразно применять воду или воду с твердыми отходами горного производства. В этом случае необходимо формировать закладочный массив в рациональном режиме, то есть слоями, толщину которых определяют в зависимости от теплофизических свойств воды и применяемых хладагентов (воздух, пустые породы отвалов, "хвосты" обогатительных фабрик и другое) и их первоначальных температур. При этом для обеспечения плотного контакта закладки и кровли выработки единичные слои закладки выполняют под углом к почве выработки α = 30-45^o, что обеспечивает наиболее полное заполнение выработки и равномерное распределение единичного слоя воды по всей поверхности закладочного массива. При углах менее 30^o закладочный массив формируется неравномерно, в основном в верхней части массива, при углах более 45^o - в нижней части.

При разработке месторождения нисходящими слоями принципиальное значение имеет необходимость обеспечения устойчивости кровли нижнего слоя, которая обеспечивается монолитностью закладочного массива верхнего слоя в нижней его части и снижением воздействия взрыва при ведении очистных взрывных работ в нижнем слое.

Это условие обеспечивается, во-первых, за счет отсыпки рудной дробленой мелочи на почву верхнего слоя перед возведением закладочного массива, что предотвращает разрушительное воздействие взрывных работ при отработке нижнего слоя, и, во-вторых, за счет проведения нижних заходок со смещением оси заходки на половину ширины очистной выработки верхнего слоя, что создает куполообразный свод при проведении выработок нижнего слоя.

На фиг.1 показан горизонтальный разрез массива, сечение по А -А; на фиг. 2-4 - сечения соответственно по Б-Б, В-В, Г-Г.

Способ включает образование вентиляционной выработки 1 и доставочной выработки 2 традиционными способами тупиковыми забоями.

Аналогично проходят разрезную очистную выработку 3. Затем из очистной выработки (заходки) 3, перпендикулярно ей бурят горизонтальные и наклонные по кровле и почве скважины 4 в несколько рядов. При этом глубина L скважин 4 должна быть меньше величины устойчивого обнажения кровли В, которая определяется по формуле:

где ϕ - нагрузка на пролет выработки, кН/м²;
τ - показатель устойчивости налегающего массива (показатель устойчивости проф. Куликова В.В.), м;
γ - объемный вес налегающего массива, кН/м³;
В - устойчивый пролет выработанного пространства, м.

Это условие позволяет обеспечить устойчивость кровли, так как максимальная величина обнажения очистного пространства по кровле может быть не более глубины скважин.

После этого скважины заряжают частично на глубину 5, то есть на ширину (как правило, это половина длины L) заходки 6, которая образуется в результате отбойки этой части скважин.

Как только выработка 6 будет пройдена на всю длину (от откаточной до вентиляционной выработки) или частично, концы скважин тампонируют пробками 7, на почву выработки 3 отсыпают рудную мелочь 8, а выработку 3 заполняют закладкой 9. После набора закладочным массивом необходимой прочности выполняют отбойку оставшихся частей скважин 10, образуя очистное пространство 11 шириной L. Вследствие того, что L меньше величины утойчивого обнажения В, обеспечивается безопасность проведения горных работ, так как предотвращается обрушение кровли. Кроме того, ввиду того, что при отработке верхнего слоя на почву выработок отсыпали рудную мелочь 8, тем самым предотвращалось разрушение кровли очистного пространства от воздействия взрывных работ.

Для обеспечения высокой производительности добычных работ бурение скважин из разрезной выработки 3 выполняют на обе стороны (чтобы не загромождать схему, это обстоятельство на ней не отображено).

При последующей отработке слоя выше обозначенные операции повторяются.

Изобретение обеспечивает высокую эффективность подземной разработки месторождений с закладкой выработанного пространства за счет создания независимости выполнения основных технологических процессов: бурение очистных скважин, взрывные работы, доставка и транспортировка отбитого полезного ископаемого, а также безопасность проведения горных работ за счет обеспечения стабильной устойчивости закладочного массива при его обнажениях.

Формула изобретения

1. Способ подземной разработки месторождений полезных ископаемых горизонтальными слоями с твердеющей закладкой выработанного пространства, заключающийся в проведении очистных выработок - заходок методом недозаряжания скважин или шпуров с оставлением недозаряженных отрезков скважин в целиках между очистными выработками и отработке целиков после достижения необходимой прочности закладки в очистном пространстве, отличающийся тем, что предварительно определяют величину устойчивого обнажения кровли очистного пространства В, а затем бурят очистные скважины или шпуры глубиной L, не превышающей величину В, определяемую по формуле

где ϕ - нагрузка на пролет выработки, кН/м²;
τ - показатель устойчивости налегающего массива (показатель устойчивости проф. Куликова В.В.), м;
γ - объемный вес налегающего массива, кН/м³.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что единичные слои закладки выполняют под углом к почве выработки α=30-45^o.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что на почву верхнего слоя перед возведением закладочного массива отсыпают рудную дробленую мелочь.

4. Способ по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что проведение нижних заходок выполняют смещением их оси на половину ширины верхней очистной выработки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4