Способ разработки месторождений с обрушением и выпуском отбитой руды под покрывающими породами

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке мощных крутопадающих месторождений с этажной и подэтажной отбойкой и выпуском руды под обрушенными покрывающими породами. Задачей изобретения является снижение потерь и разубоживания руды при повышении стабильности одновременного дозированного вибровыпуска отбитой руды. Способ включает проходку горно-подготовительных и нарезных выработок на буровом и транспортном горизонтах, отбойку руды взрывными работами под обрушенными покрывающими породами, проходку доставочных и нарезных выработок в днище блока с оформлением выпускных выработок и операциями по подсечке отбитой руды, монтаж вибрационных питателей в выпускных выработках, одновременный дозированный вибровыпуск отбитой руды в доставочные выработки и отгрузку отбитой руды из доставочных выработок для транспортировки из блока. После завершения отбойки руды в блоке ведут разрыхление отбитой руды, переуплотненной взрывными работами при ее отбойке, путем индивидуального вибровыпуска отбитой руды из каждой выпускной выработки включением вибрационного питателя с транспортировкой ее из блока в количестве 3 -15% от объема отбитой руды, находящейся над выпускной выработкой. Затем оставшуюся разрыхленную отбитую руду из блока выдают одновременным дозированным вибровыпуском в доставочные выработки днища блока. 3 ил.

Предлагаемое техническое решение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке мощных крутопадающих месторождений с этажной и подэтажной отбойкой руды и выпуском ее под обрушенными покрывающими породами.

Известен способ разработки месторождений с обрушением и выпуском руды под покрывающими породами (см. патент РФ № 2098626, Е 21 С 41/22, опубл. в БИ № 34, 1997), включающий деление месторождения по вертикали на этажи и подэтажи, проходку этажных и подэтажных выработок, отбойку, выпуск, доставку руды, погрузку и транспортировку руды на этажах, согласно которому во время отбойки руды ведут ее частичный выпуск и погрузку, а замагазинированную в пределах этажа руду выпускают вертикальными блоками, для чего над этажной транспортной выработкой блока проходят две параллельные дополнительные подэтажные выработки, которые соединяют с ней наклонными сбойками и по мере отработки каждой дополнительной подэтажной выработки в них устанавливают виброактиваторы, затем начинают выпускать замагазинированную руду в блоке на этажную транспортную выработку периодическим и одновременным включением всех виброактиваторов блока до заполнения этажной транспортной выработки с последующим отключением виброактиваторов и ведут отгрузку руды из этажной транспортной выработки, повторяя эти операции до полного выпуска замагазинированной руды в блоке, после чего отрабатывают целик над этажной транспортной выработкой.

Недостатком известного способа является нестабильность процесса одновременного дозирования вибровыпуска замагазинированной руды из блока в начальный период, что может увеличить потери и разубоживание руды.

В способе подэтажного обрушения с торцевым частичным выпуском оставшаяся замагазинированная руда подвергается многократному послойному взрывному уплотнению, в результате чего она сильно переуплотняется. Выпуск переуплотненной отбитой руды идет нестабильно т.е. скорости истечения этой руды из выпускных отверстий неодинаковы, что осложняет выдачу равных доз при включении виброактиваторов на одинаковое время. Вышеуказанное может наблюдаться до тех пор, пока в результате выпуска не произойдет разрыхление переуплотненной отбитой руды.

Исследованиями установлено, что разрыхление достигается тогда, когда из выпускного отверстия будет выпущено от 3 до 15% объема отбитой руды, находящейся над выпускными отверстиями. Объем зависит от степени переуплотнения, гранулометрического состава руды, высоты слоя отбитой руды, давления (глубина разработки). Процесс разрыхления замагазинированной руды в блоке может затянуться в зависимости от равномерности степени ее уплотнения. Затянувшийся процесс разрыхления замагазинированной руды ведет к повышению потерь над днищем отработанного блока и разубоживанию руды.

Наиболее близким по технической сущности является способ разработки мощных месторождений крепких руд на больших глубинах (см. патент РФ № 2186980, Е 21 С 41/22, F 42 D 3/04, опубл. в БИ № 22, 2002 г.), включающий отработку рудного тела непрерывным очистным забоем без оставления целиков, проходку горно-подготовительных и нарезных выработок на буровом и транспортном горизонтах, образование днища блока, проходку восстающих выработок и формирование в них рассредоточенных по высоте минных зарядов взрывчатых веществ, взрывание этих зарядов на компенсационные полости и зажатую среду и выпуск отбитой руды через днище блока. При этом в основании блока на высоте, равной высоте днища блока, проходят, по меньшей мере, одну горизонтальную минную выработку и колодцы в ней для размещения минных зарядов взрывчатых веществ. Из нарезных выработок бурового горизонта бурят комплекты скважин до горизонтальной минной выработки и секционным взрыванием зарядов взрывчатых веществ в них образуют восстающие выработки с отгрузкой горной массы через горизонтальную минную выработку. Затем ведут формирование рассредоточенных по высоте минных зарядов взрывчатых веществ в восстающих выработках и закладку минных зарядов взрывчатых веществ в колодцы горизонтальной минной выработки. Взрыванием всех минных зарядов взрывчатых веществ обрушают руду в блоке на зажатую среду и компенсационные полости, после чего проходят горно-подготовительные и нарезные выработки днища с операциями по подсечке отбитой руды в блоке минными зарядами взрывчатых веществ. Затем ведут выпуск отбитой руды через выпускные выработки днища блока.

Недостатком известного способа является нестабильность процесса одновременного дозированного вибровыпуска в начальный период выдачи отбитой руды из блока, что может увеличивать потери и разубоживание руды.

При этажном обрушении, когда отбойка руды ведется в один прием массовым взрывом скважинных или минных зарядов, уменьшается степень переуплотнения руды по сравнению с подэтажной многократной слоевой отбойкой, в то же время процесс переуплотнения руды наблюдается. Процесс переуплотнения отбитой руды зависит от способа отбойки на компенсационные полости или зажатую среду (ранее разрушенный горный массив), величины зарядов, технологии взрывания, свойств руды и т.д. Учесть все это, чтобы не было переуплотнения отбитой руды, практически невозможно. Отбитая руда при этажном обрушении будет неравномерно переуплотнена, что сказывается на стабильности процесса одновременного дозированного вибровыпуска, следовательно, и на потери и разубоживание руды.

Технической задачей предлагаемого решения является снижение потерь и разубоживания руды за счет повышения стабильности процесса одновременного дозированного вибровыпуска отбитой руды.

Поставленная задача решается следующим образом. Предлагается способ разработки месторождения с обрушением и выпуском отбитой руды под покрывающими породами, включающий проходку горно-подготовительных и нарезных выработок на буровом и транспортном горизонтах, отбойку руды взрывными работами под обрушенными покрывающими породами, проходку доставочных и нарезных выработок в днище блока с оформлением выпускных выработок с операциями по подсечке отбитой руды, монтаж вибрационных питателей в выпускных выработках, одновременный дозированный вибровыпуск отбитой руды в доставочные выработки и отгрузку отбитой руды из доставочных выработок для транспортировки из блока. Для решения поставленной задачи после завершения отбойки руды в блоке ведут разрыхление отбитой руды, переуплотненной взрывными работами при ее отбойке, путем индивидуального вибровыпуска отбитой руды из каждой выпускной выработки включением вибрационного питателя с транспортировкой ее из блока в количестве 3-15% от объема отбитой руды, находящейся над выпускной выработкой, затем оставшуюся разрыхленную отбитую руду из блока выдают одновременным дозированным вибровыпуском в доставочные выработки днища блока.

Существенным отличием предложенного технического решения является то, что после завершения отбойки руды в блоке ведут разрыхление отбитой руды, переуплотненной взрывными работами при ее отбойке. Во время отбойки подэтажным или этажным обрушением разрушенная взрывами отбитая руда переуплотняется, коэффициент разрыхления может составлять 1,1-1,3. При коэффициенте разрыхления менее 1,15 отбитая руда теряет свои сыпучие свойства и плохо выпускается через выпускные выработки в днище блока.

В техническом решении для обеспечения сыпучих свойств переуплотненной руды предлагается индивидуальный вибровыпуск отбитой руды из каждой выпускной выработки включением вибрационного питателя с транспортировкой ее из блока в количестве 3-15% от объема отбитой руды, находящейся над выпускной выработкой. По технической документации для отбойки руды в блоке определяют количество отбитой руды над каждой выпускной выработкой и расчетный коэффициент разрыхления отбитой руды. Из опыта конкретного рудника или из опыта других рудников устанавливают необходимый коэффициент разрыхления, при котором возможен выпуск отбитой руды без осложнений и зависаний. По разнице в коэффициенте разрыхления, полученном при отбойке руды, и коэффициенте разрыхления, обеспечивающем выпуск отбитой руды без зависаний, и в зависимости от объема отбитой руды над выпускной выработкой определяют количество отбитой руды частичного выпуска для ее разрыхления. Проведенными исследованиями установлено, что количество отбитой руды для разрыхления колеблется от 3 до 15% от объема отбитой руды над выпускной выработкой. Малые величины (3-6%) бывают тогда, когда получен коэффициент разрыхления при отбойке, равный 1,25 и более, а большая величина (10-15%) - когда коэффициент разрыхления менее 1,15.

Во время вибровыпуска отбитой руды для ее разрыхления целесообразно грузить отбитую руду в транспортное средство вибрационным питателем и транспортировать из блока. Возможна реализация способа, когда вибрационным питателем отбитую руду выгружают на почву поставочной выработки, а затем погрузочно-доставочными машинами грузят на транспортное средство и транспортируют из блока. Возможно из каждой выпускной выработки выпускать и отгружать весь объем отбитой руды, приходящийся для разрыхления, а затем переходить на выпуск и отгрузку отбитой руды из смежной с ней выпускной выработки. Возможна реализация способа, когда определяют дозу частичного выпуска отбитой руды для ведения процесса разрыхления. При этом из каждой выпускной выработки выпускают и отгружают определенную дозу, а затем производят выпуск и отгрузку отбитой руды из смежной выпускной выработки, т.е. производят поочередно последовательный выпуск отбитой руды, предназначенной для разрыхления, из всех выпускных выработок блока. Каждая из рассмотренных реализаций имеет свои достоинства и недостатки и принимается, исходя из конкретных горно-технических условий отрабатываемого блока.

Затем оставшуюся разрыхленную отбитую руду из блока выдают одновременным дозированным вибровыпуском в доставочные выработки днища блока. Разрыхленная отбитая руда обеспечивает стабильный процесс выпуска из всех выпускных выработок, и в выработанном пространстве образуется равномерный поток (по скорости движения частиц отбитой руды) по всему сечению блока, что и обеспечивает снижение потерь и разубоживания руды.

Пример выполнения способа разработки месторождений с обрушением и выпуском отбитой руды под покрывающими породами показан на фиг.1-3 и дан в описании.

На фиг.1 показана принципиальная схема осуществления предлагаемого способа - вертикальный разрез вкрест простирания месторождения.

Фиг.2 - то же, разрез по горизонту выпуска.

Фиг.3 - узел выпуска отбитой руды вибрационным питателем в доставочную выработку.

Предлагаемый способ разработки может быть использован при этажном и подэтажном способе отбойки руды.

Горно-подготовительные к нарезке выработки на буровом 1 (фиг.1) и транспортном 2 горизонтах проходят известными приемами для способов этажного и подэтажного обрушения руды 3.

На транспортном горизонте 2 проходят доставочные выработки 4 (фиг.1, 2) и оформляют днище 5 блока (фиг.3).

Из доставочной выработки 4 проходят камеры 6 для монтажа вибрационных питателей 7. В торцевой части камеры 6 проходят дучку 8, которую разделывают в воронку 9, служащую выпускной выработкой, и производят операцию по подсечке руды 3.

В качестве вибрационного питателя 7 целесообразно использовать питатели ВДПУ-4 ТМ Магнитогорского завода, которые способны работать под полным завалом отбитой руды. Из доставочной выработки 4 целесообразно проходить камеры 6 в шахматном порядке и монтировать в них вибрационные питатели 7. Расстояние между центрами 10 воронок 9-7 12 м, что обеспечивает взаимовлияние зон потоков над вибрационными питателями 7.

Размеры блока в плане должны быть в 20-50 раз более размера кондиционного куска отбитой замагазинированной руды. При этом образующийся поток отбитой руды в очистном пространстве будет иметь вертикальные стенки.

Используя вышеуказанные рекомендации, полученные в результате исследований, в днище 5 блока в одновременной работе целесообразно иметь две-три доставочные выработки 4 со смонтированными в камерах 6 вибрационными питателями 7.

Пример осуществления способа разработки месторождения с обрушением и выпуском отбитой руды под покрывающими породами.

При подэтажном обрушении с торцевым выпуском ведут послойную отбойку с частичным выпуском отбитой руды, а основная часть - в пределах 75-80% от объема отбитой руды на подэтаже магазинируется в отработанном пространстве. После отбойки на трех-пяти и более подэтажах (количество подэтажей в блоке) в очистном пространстве накапливается замагазинированная отбитая руда 3 высотой, равной высоте этажа (расстояние между верхним буровым 1 и транспортным горизонтом 2). При послойной отбойке руды взрывными работами замагазинированная руда 3 переуплотняется (коэффициент разрыхления 1,05-1,15). Отбойка руды при способе с торцовым выпуском не показана.

Возможна реализация способа при подэтажной отбойке руды на малые компенсационные полости (подэтажная отбойка руды на малые компенсационные полости не показана).

Отработку ведут блоком, в котором может быть 3-5 подэтажей. При этом замагазинированная отбитая руда 3 в блоке также переуплотняется (коэффициент разрыхления 1,1-1,15). Степень переуплотнения может регулироваться объемами малых компенсационных полостей.

При этажном обрушении отбойку могут вести на компенсационные камеры, на зажатую среду и комбинированно на компенсационные камеры и зажатую среду. Отбитая руда при этом также переуплотняется и без разрыхления перед выпуском наблюдается зависание и нестабильный процесс выпуска.

После завершения отбойки руды на всех подэтажах или по всей площади блока при этажном обрушении ведут выдачу замагазинированной отбитой руды. Для этого по технической документации на отбойку руды определяют средний коэффициент разрыхления отбитой руды, высоту слоя отбитой руды и среднее количество отбитой руды, приходящееся на одну воронку 9.

Используя накопленный опыт конкретного рудника или рудников с аналогичными горнотехническими условиями, устанавливают величину желательного разрыхления, при котором идет процесс выпуска без зависаний и осложнений (коэффициент разрыхления может быть определен на моделях). Зная эти исходные данные, определяют среднее количество отбитой руды по каждой воронке 9, необходимое выпустить для разрыхления отбитой руды, переуплотненной при взрывных работах по отбойке.

Исследованиями установлено, что необходимо выпускать для разрыхления от 3 до 15% отбитой руды, находящейся над воронкой 9.

Малая величина (3-6%) необходима тогда, когда получен коэффициент разрыхления при отбойке 1,25 и более, а большая величина (10-15%) - когда коэффициент разрыхления менее 1,15. После определения дозы выпуска из каждой воронки 9 приступают к процессу разрыхления отбитой руды.

Из каждой воронки 9 производят вибровыпуск отбитой руды индивидуальным включением вибрационного питателя 7. Отгрузку отбитой руды вибрационным питателем 7 ведут в транспортные средства (на чертежах не показаны) и через доставочную выработку 4 транспортируют из блока. Возможно вибрационным питателем 7 отбитую руду выдавать на почву доставочной выработки 4, а затем погрузочно-доставочными машинами транспортировать из блока.

Целесообразно, чтобы из одной воронки 9 выдавалась вся расчетная доза для разрыхления отбитой руды, а затем приступают к выпуску дозы отбитой руды для разрыхления в смежной воронке 9 и так по порядку последовательно производят разрыхления отбитой руды во всем блоке.

Возможна реализация способа, когда доза отбитой руды для разрыхления из каждой воронки 9 делится на доли. Разрыхление ведут по всему блоку. Из каждой воронки 9 выпускают и отгружают долю дозы, а затем выпуск ведут из следующей воронки 9. При этом отбойку руды в блоке могут производить по несколько обходов всех воронок 9. Как показывают исследования, хаотичный выпуск доз не обеспечивает равномерность разрыхления замагазинированной отбитой руды, что в последующем может сказаться на качестве извлечения этой руды из блока.

Во время разрыхления отбитой руды возможны случаи, когда работа одного вибрационного питателя 7 недостаточна, и над воронкой 9 образуется свод из переуплотненной отбитой руды (как показывает практика, образуются своды площадью до 100 ² и более). Гашение образующихся сводов ведут посредством включения соседних вибрационных питателей 7. При выпуске отбитой руды из смежных воронок 9 увеличивается площадь обнажения, что приводит к обрушению образовавшегося свода из переуплотненной отбитой руды.

Во время разрыхления переуплотненной отбитой руды корректируют дозу выпускаемой отбитой руды из воронок 9.

Ввиду того что степень уплотнения отбитой руды в блоке неравномерная, величина средней дозы выпуска может быть недостаточной или избыточной. В процессе выпуска наблюдают за процессом образования зависаний руды в воронке 9.

Процесс разрыхления переуплотненной отбитой руды в основном закончен, если при выпуске 50-200 т отбитой руды не происходило ее зависаний. Количество отбитой руды, характеризующее окончание процесса разрыхления переуплотненной отбитой руды, определяют исследованиями для каждого конкретного рудника ввиду того, что процесс зависания зависит от многих факторов, а именно: физико-механических свойств руды, гранулометрического состава, конструкции воронки 9, камеры 6 для монтажа вибрационного питателя 7, технических возможностей вибрационного питателя 7.

После завершения работ по разрыхлению переуплотненной замагазинированой отбитой руды в блоке ведут ее выпуск.

Выпуск оставшейся разрыхленной замагазинированной отбитой руды ведут по технологии одновременного дозированного вибровыпуска следующим образом.

В одновременную работу включают все вибрационные питатели 7 блока, например, в трех доставочных выработках 4.

Вибрационные питатели 7 работают 1-5 минут - время, необходимое для заполнения объема доставочной выработки 4 под каждым вибрационным питателем 7. Производительность одного вибрационого питателя 7, например ВДПУ - 4ТМ Магнитогорского завода 1500 т/час. Мощность двигателя 22 кВт.

Когда недостаточно подведенной мощности к блоку, возможно включение вибрационных питателей 7 группами по 10-20 штук. Производят досмотр выпущенной отбитой руды на почву доставочной выработки 4. Во время досмотра ведут дробление негабаритных кусков накладными зарядами. Рабочая площадка вибрационного питателя 7 выдерживает взрыв заряда до 2 кг непосредственно на ней. При необходимости после ликвидации зависаний ведут довыпуск отбитой руды для заполнения объема доставочной выработки 4 индивидуальным включением каждого вибрационного питателя 7. После чего ведут отгрузку выпущенной отбитой руды из доставочных выработок 4 погрузочно-доставочными машинами (при включенных вибрационных питателях 7) с транспортировкой из блока.

При одновременной работе всех вибрационных питателей 7 в блоке в очистном пространстве замагазинированная отбитая руда движется одним общим потоком, что исключает ее перемешивание с покрывающими породами и разубоживание. За один цикл включения замагазинированная отбитая руда опускается до 0,05 м. Плавное опускание отбитой руды с покрывающими породами исключает потери отбитой руды, которые могут быть только при отработке днища 5 блока.

Формула изобретения

Способ разработки месторождений с обрушением и выпуском отбитой руды под покрывающими породами, включающий проходку горно-подготовительных и нарезных выработок на буровом и транспортном горизонтах, отбойку руды взрывными работами под обрушенными покрывающими породами, проходку доставочных и нарезных выработок в днище блока с оформлением выпускных выработок и операциями по подсечке отбитой руды, монтаж вибрационных питателей в выпускных выработках, одновременный дозированный вибровыпуск отбитой руды в доставочные выработки и отгрузку отбитой руды из доставочных выработок для транспортировки из блока, отличающийся тем, что после завершения отбойки руды в блоке ведут разрыхление отбитой руды, переуплотненной взрывными работами при ее отбойке, путем индивидуального вибровыпуска отбитой руды из каждой выпускной выработки включением вибрационного питателя с транспортировкой ее из блока в количестве 3 - 15% от объема отбитой руды, находящейся над выпускной выработкой, затем оставшуюся разрыхленную отбитую руду из блока выдают одновременным дозированным вибровыпуском в доставочные выработки днища блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3