Способ разработки заводненных месторождений водорастворимых минеральных солей

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной разработке водорастворимых полезных ископаемых, залегающих в водоупорных вмещающих горных породах, граничащих с обводненными горными породами. Способ включает отработку запасов минеральных солей комбайновым и/или буровзрывным способом камерами, с приданием поперечному сечению камеры формы свода естественного равновесия минеральных солей разрабатываемой толщи, при этом отработку камеры начинают с проведения в верхней части камеры технологической горной выработки в выпукло-криволинейной кровле, вписывающейся в контур свода естественного равновесия, с параметрами, с креплением или без крепления, обеспечивающими длительную ее устойчивость. Текущую ширину камеры и ширину междукамерного целика, в его основании, определяют по математическим выражениям. Изобретение направлено на повышение безопасности разработки при сохранении достигнутого уровня извлечения минеральных солей из недр. 1 ил.

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземном шахтном способе разработки заводненных месторождений полезных ископаемых, преимущественно водорастворимых месторождений минеральных солей, залегающих в толще водоупорных горных пород, граничащих с обводненными горными породами.

Известен способ разработки заводненных месторождений водорастворимых минеральных солей / А.Н.Андреичев. Разработка калийных месторождений. - М.: Недра. 1996, с.86-102 /, с прямоугольной или близкой к прямоугольной формой поперечного сечения очистных камер. Недостатком способа является низкая гарантия от катастрофического проникновения подземных вод в горные выработки в результате обрушений и нарушений сплошности водозащитной толщи. В 1986 г. катастрофическим образом был затоплен крупнейший в мире Третий Березниковский рудник, мощностью 8.2 млн. тонн сильвинитовой руды в год. В 1995 г., в связи с массовым обрушением потолочин и разрушения целиков, на грани затопления оказался Второй Соликамский калийный рудник. Никто не может дать гарантии, что при существующей технологии ведения горных работ в ближайшие годы не будет затоплен, по крайней мере, еще один рудник из шести работающих. Решения, позволяющие кардинальным образом повысить безопасность ведения горных работ при камерной системе разработки, отсутствуют.

Известно понятие - свод естественного равновесия горных пород, образующийся в массиве горных пород под действием веса вышележащих пород и сил сцепления / Горное дело. Том IV. Проведение и крепление горных выработок. - М.: Углетехиздат, 1958, с.91/. Из условия равновесия свода он является в основном параболическим.

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи по повышению безопасности ведения горных работ при сохранении максимально достигнутого, при прямоугольной форме поперечного сечения очистных камер, коэффициент извлечения минеральных солей из недр.

Решение данной задачи опосредовано новым техническим результатом, заключающимся в переходе от междукамерных целиков с прямоугольной формой поперечного сечения, «работающих» в условиях плоско-напряженного состояния, к целикам, ограниченным параболическими плоскостями, находящимися в объемно-напряженном состоянии; в отсутствии в кровле камер плоских участков, обладающих низкой устойчивостью и требующих выполнения в больших объемах работ по ее креплению анкерной крепью.

Для решения поставленной задачи предлагаемый способ разработки заводских месторождений водорастворимых минеральных солей характеризуется тем, что он включает отработку запасов минеральных солей комбайновым и/или буровзрывным способом камерами, с приданием поперечному сечению камеры формы свода естественного равновесия минеральных солей разрабатываемой толщи, при этом отработку камеры начинают с проведения в верхней части камеры технологической горной выработки с выпукло-криволинейной кровлей, вписывающейся в контур свода естественного равновесия, с параметрами, с креплением или без крепления, обеспечивающими длительную ее устойчивость. При параболической форме свода естественного равновесия минеральных солей разрабатываемой толщи текущую ширину камеры /A_i/ определяют из выражения

где h_i - текущая высота камеры, м;

p - параметр параболы свода естественного равновесия минеральных солей разрабатываемой толщи, принимают равным удвоенной величине радиуса кривизны кровли технологической горной выработки, м,

а ширину междукамерного целика /B/, в его основании, определяют из выражения

где A - ширина камеры, в ее основании, м; h - высота камеры, м;

B₀ - ширина междукамерного целика с прямоугольной формой поперечного сечения, при ширине камеры с прямоугольной формой поперечного сечения, равной A, в горно-геологических условиях, аналогичных условиям разработки месторождения минеральных солей с целиками, ограниченными параболическими поверхностями свода естественного равновесия, м.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков и техническим результатом заключается в том, что придание поперечному сечению камеры формы свода естественного равновесия минеральных солей разрабатываемой толщи исключает характерное для целиков явление концентрации напряжений в ограждающих элементах несущих геомеханических конструкций, обеспечивает условия для их объемно-напряженного состояния - деформирования. Изначальное проведение в верхней части камеры технологической горной выработки с выпукло-криволинейной кровлей, вписывающейся в контур свода естественного равновесия, обеспечивает последовательное, симметричное и равномерное, согласованное с естественными факторами формирование поперечного сечения камеры в пределах свода естественного равновесия горных пород, параметрические размеры которого определяются радиусом кривизны кровли технологической горной выработки.

На чертеже показана схема разработки заводненного месторождения водорастворимых минеральных солей.

Способ осуществляется следующим образом. Пласт водорастворимых минеральных солей 1, размещенный во вмещающих водоупорных горных породах 2, отрабатывают камерами 3 комбайновым и/или буровзрывным способом, с приданием поперечному сечению камеры 3 свода естественного равновесия минеральных солей 1 параболической формы, с оставлением междукамерного целика 4. Отработку камеры 3 начинают с проведения в верхней части камеры 3 технологической выработки 5 с выпукло-криволинейной кровлей, вписывающейся в контур свода естественного равновесия, с параметрами, обеспечивающими длительную ее устойчивость.

При этом текущую ширину /A_i/ камеры 3 определяют из выражения

где h_i - текущая высота камеры 3, м,

p - параметр параболы свода естественного равновесия минеральных солей 1, принимают равным удвоенной величине радиуса кривизны кровли технологической выработки 5, м,

а ширину /B/ междукамерного целика 4, в его основании, определяют из выражения

где A - ширина камеры 3, в ее основании, м; h - высота камеры 3, м;

B₀ - ширина междукамерного целика с прямоугольной формой поперечного сечения при ширине камеры с прямоугольной формой поперечного сечения, равной A, в горно-геологических условиях, аналогичных условиям разработки месторождения минеральных солей c целиками 4, ограниченными параболическими поверхностями свода естественного равновесия, м.

Пример конкретного выполнения.

Пласт /поз.1/ минеральных солей мощностью 8 м отрабатывают камерами /поз.3/ с приданием поперечному сечению камеры /поз.3/ свода естественного равновесия параболической формы. Технологическую выработку /поз.5/ проходят комбайном ПК-8м со сводчатой кровлей, с радиусом кривизны 1.6 м. При этом ширина камеры /поз.3/, в ее основании, равна 14.3 м. Ширина междукамерного целика /поз.4/, ограниченного параболическими поверхностями свода естественного равновесия, в его основании, равна 1.84 м. При определении ширины междукамерного целика /поз.4/ учитывалось, что ширина междукамерного целика с прямоугольной формой поперечного сечения, при ширине камеры 14.3 м с прямоугольной формой поперечного сечения, в аналогичных горно-геологических условиях, равна 10 м. Коэффициент извлечения минеральных солей из недр равен 56.8%. Отработку запасов минеральных солей в пределах камеры /поз.3/ ведут буро-взрывным способом. Верно расположенные скважины и шпуры бурят с помощью буровой установки, размещенной в технологической горной выработке /поз.5/. Возможен комбайновый способ отработки запасов минеральных солей в пределах камеры /поз.3/ с использованием для отработки краевых участков камеры /поз.3/ с криволинейными поверхностями проходческих комбайнов типа ГПКС со стреловидным исполнительным органом с резцовой коронкой сферической формы.

Применение предлагаемого способа разработки заводненных месторождений водорастворимых минеральных солей позволяет впервые исключить катастрофические явления, связанные с затоплением рудников, при сохранении максимально достигнутого коэффициента извлечения минеральных солей из недр.

Способ разработки заводненных месторождений водорастворимых минеральных солей, включающий отработку запасов минеральных солей камерами комбайновым и/или буровзрывным способами, отличающийся тем, что поперечному сечению камеры придают параболическую форму свода естественного равновесия минеральных солей разрабатываемой толщи, при этом отработку камеры начинают с проведения в верхней части камеры технологической горной выработки с выпукло-криволинейной кровлей, вписывающейся в контур свода естественного равновесия, с параметрами, обеспечивающими длительную ее устойчивость, и с креплением или без него, причем текущую ширину камеры (А_i) определяют из выражения

где h_i - текущая высота камеры, м;

р - параметр параболы свода естественного равновесия минеральных солей разрабатываемой толщи (принимают равным удвоенной величине радиуса кривизны кровли технологической горной выработки), м,

а ширину междукамерного целика (В) в его основании определяют из выражения:

где А - ширина камеры в ее основании, м;

h - высота камеры, м;

В₀ - ширина междукамерного целика с прямоугольной формой поперечного сечения при ширине камеры с прямоугольной формой поперечного сечения, равной А, в горно-геологических условиях, аналогичных условиям разработки месторождений минеральных солей, с целиками, ограниченными параболическими поверхностями свода естественного равновесия, м.