Способ разработки пологозалегающих пластов полезных ископаемых
Владельцы патента RU 2357081:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" (RU)
Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке пологозалегающих пластов полезных ископаемых, главным образом угольных, в погашаемых бортах карьеров и в местах выхода пластов на земную поверхность. Выемку пласта полезного ископаемого проводят путем проведения с использованием КГРП очистных камер. Выдачу полезного ископаемого из очистных камер на дневную поверхность осуществляют по коробчатому многозвенному транспортеру. Между очистными камерами оставляют целики полезного ископаемого. В пределах отрабатываемого участка пласта полезного ископаемого определяют места расположения и амплитуды дизъюнктивных геологических нарушений типа взбросов. Очистные камеры проходят параллельно трещинам разлома непереходимых дизъюнктивных геологических нарушений. Под трещинами разлома дизъюнктивных геологических нарушений оставляют целики полезного ископаемого. К непереходимым дизъюнктивным геологическим нарушениям относят нарушения с амплитудами вертикальных смещений пласта больше их предельно допустимых значений. Переход КГРП таких нарушений невозможен из-за опасных изгибов в вертикальной плоскости коробчатого многозвенного транспортера, приводящих к деформированию и разрушению транспортера. Предельно допустимые значения амплитуд вертикальных смещений пласта принимают не более произведения расстояния от начала очистной камеры до дизъюнктивного геологического нарушения на тангенс предельно допустимого значения угла между плоскостью рабочей площадки, на которой смонтирован КГРП, и коробчатым многозвенным транспортером, при превышении которого происходит деформирование и разрушение коробчатого многозвенного транспортера. Изобретение позволяет повысить производительность труда при использовании КГРП, снизить издержки производства и потери полезного ископаемого. 4 ил.
Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке пологозалегающих пластов полезных ископаемых, главным образом угольных, в погашаемых бортах карьеров и в местах выхода пластов на земную поверхность.
Известен способ разработки пологозалегающих пластов полезных ископаемых в бортах карьеров (патент РФ № 2205955, опубликовано 10.06.2003 г, Е21С 41/26) с использованием комплекса глубокой разработки пласта (КГРП), состоящего из основной части комплекса, находящейся на поверхности, коробчатого многозвенного транспортера и исполнительного органа (комбайна). Данный способ включает выемку пласта полезного ископаемого путем проведения очистных камер и выдачу полезного ископаемого из очистных камер на дневную поверхность по коробчатому многозвенному транспортеру.
Недостатками данного способа являются низкая производительность КГРП, большие издержки производства и значительные потери полезного ископаемого.
Известен способ разработки пологозалегающих пластов полезных ископаемых с использованием КГРП, принятый за прототип (патент РФ № 2204721, опубликовано 2003.05.20, Е21С 41/26).
Способ включает подготовку фронта очистных работ путем вскрытия пласта, сооружение рабочей площадки на уровне почвы разрабатываемого пласта, монтаж на рабочей площадке комплекса глубокой разработки пласта с коробчатым многозвенным транспортером, выемку пласта полезного ископаемого путем проведения с использованием КГРП очистных камер, выдачу полезного ископаемого из очистных камер на дневную поверхность по коробчатому многозвенному транспортеру, оставление между очистными камерами целиков полезного ископаемого.
Недостатками данного способа являются низкая производительность КГРП, большие издержки производства и значительные потери полезного ископаемого при отработке участков пластов полезных ископаемых, в пределах которых находятся дизъюнктивные геологические нарушения типа взбросов. Эти недостатки в значительной степени обусловлены уменьшением средней длиной очистных камер и связанными с этим дополнительными непроизводительными простоями КГРП при его переводах для отработки очередных камер и установках в новые рабочие положения. Уменьшение длины очистных камер объясняется невозможностью перехода КГРП дизъюнктивных геологических нарушений типа взбросов с амплитудами вертикальных смещений пласта (амплитуда - расстояние, измеряемое по вертикали между мешенными частями пласта или их продолжением), большими их предельно допустимых значений, при превышении которых переход дизъюнктивного геологического нарушения КГРП невозможен из-за опасных изгибов в вертикальной плоскости коробчатого многозвенного транспортера, приводящих к деформированию и разрушению транспортера. Нарушения с указанными амплитудами называются в дальнейшем непереходимыми дизъюнктивными геологическими нарушениями.
При отработке участков пластов полезных ископаемых, в пределах которых находятся непереходимые дизъюнктивные геологические нарушения типа взбросов, средняя длина очистных камер в ряде случаев в 3-4 раза меньше длины камеры, обеспечиваемой техническими возможностями КГРП. Производительность труда при этом снижается на 30-60%, издержки производства возрастают на 30-40% и более, эксплутационные потери полезного ископаемого возрастают в несколько раз.
Техническим результатом заявляемого способа является повышение производительности труда, снижение издержек производства и потерь полезного ископаемого при отработке с использованием КГРП участков пластов полезных ископаемых, в пределах которых находятся непереходимые дизъюнктивные геологические нарушения типа взбросов.
Технический результат достигается тем, что в способе разработки пологозалегающих пластов полезных ископаемых производят подготовку фронта очистных работ путем вскрытия пласта, сооружают рабочую площадку на уровне почвы разрабатываемого пласта, монтируют на рабочей площадке КГРП с коробчатым многозвенным транспортером, производят выемку пласта полезного ископаемого путем проведения с использованием КГРП очистных камер и выдачу полезного ископаемого из очистных камер на дневную поверхность по коробчатому многозвенному транспортеру, оставляют между очистными камерами целики полезного ископаемого.
Согласно изобретению в пределах отрабатываемого участка пласта полезного ископаемого определяют места расположения и амплитуды дизъюнктивных геологических нарушений типа взбросов, очистные камеры проходят параллельно трещинам разлома непереходимых дизъюнктивных геологических нарушений, под трещинами разлома дизъюнктивных геологических нарушений оставляют целики полезного ископаемого, при этом к непереходимым дизъюнктивным геологическим нарушениям относят нарушения с амплитудами вертикальных смещений пласта больше их предельно допустимых значений, при превышении которых переход нарушения комплексом КГРП невозможен из-за опасных изгибов в вертикальной плоскости коробчатого многозвенного транспортера, приводящих к деформированию и разрушению транспортера, а предельно допустимые значения амплитуд вертикальных смещений пласта определяют из выражения
где h - предельно допустимые значения амплитуд вертикальных смещений пласта в местах дизъюнктивных геологических нарушений;
S - расстояние от начала очистной камеры до дизъюнктивного геологического нарушения;
β - предельно допустимое значение угла между плоскостью рабочей площадки, на которой смонтирован КГРП, и коробчатым многозвенным транспортером, при превышении которого происходит деформирование и разрушение коробчатого многозвенного транспортера.
Способ разработки пологозалегающих пластов полезных ископаемых поясняется чертежами, представленными на фиг.1-4.
На фиг.1 приведена схема, поясняющая расположение оборудования, входящего в КГРП, относительно проходимой очистной камеры и дизъюнктивного геологического нарушения при отработке пласта полезного ископаемого в борту карьера.
На фиг.2 приведена схема расположения коробчатого многозвенного транспортера при переходе исполнительным органом КГРП дизъюнктивного геологического нарушения.
На фиг.3 и фиг.4 приведены схемы, поясняющие расположение очистных камер и оставляемых между камерами целиков полезного ископаемого относительно непереходимого дизъюнктивного геологического нарушения при проведении очистных камер параллельно трещинам разлома непереходимых дизъюнктивных геологических нарушений.
На фиг.1-фиг.4:
1 - рабочая площадка;
2 - борт карьера;
3 - очистная камера;
4 - забой очистной камеры;
5 - комплекс глубокой разработки пластов (КГРП);
6 - коробчатый многозвенный транспортер КГРП;
7 - исполнительный орган КГРП;
8 - дизъюнктивное геологическое нарушение;
9 - трещина разлома дизъюнктивного геологического нарушения;
10 - расположение коробчатого многозвенного транспортера при переходе исполнительным органом КГРП дизъюнктивного геологического нарушения;
S - расстояние от начала очистной камеры до дизъюнктивного геологического нарушения;
m - вынимаемая мощность угольного пласта;
h - амплитуда дизъюнктивного геологического нарушения,
LT - длина камеры, обеспечиваемая техническими возможностями КГРП,
β - угол между плоскостью рабочей площадки, на которой смонтирован КГРП, и коробчатым многозвенным транспортером при переходе исполнительным органом КГРП дизъюнктивного геологического нарушения;
X1 и X2 - ширина целиков, оставляемых в местах дизъюнктивных геологических нарушений;
Zпр - минимально допустимая (предельная) ширина целиков, оставляемых в местах дизъюнктивных геологических нарушений;
Zц - ширина целиков, оставляемых между очистными камерами;
а - ширина очистных камер.
Способ разработки пологозалегающих пластов полезных ископаемых осуществляют следующим образом. В пределах отрабатываемого участка пласта полезного ископаемого определяют места расположения и амплитуды дизъюнктивных геологических нарушений типа взбросов. Производят подготовку (в погашаемых бортах карьеров 2 и в местах выхода пластов на земную поверхность) фронта очистных работ путем вскрытия пласта. Сооружают рабочую площадку 1 (фиг.1 и фиг.2) на уровне почвы разрабатываемого пласта. Монтируют на рабочей площадке КГРП 5 с коробчатым многозвенным транспортером 6. Производят выемку пласта полезного ископаемого путем проведения с использованием КГРП очистных камер 3. Очистные камеры проходят параллельно трещинам разлома 9 непереходимых дизъюнктивных геологических нарушений 8. При этом к непереходимым дизъюнктивным геологическим нарушениям относят нарушения с амплитудами вертикальных смещений пласта больше их предельно допустимых значений, при превышении которых переход нарушения КГРП невозможен из-за опасных изгибов в вертикальной плоскости коробчатого многозвенного транспортера, приводящих к деформированию и разрушению транспортера. Предельно допустимые значения амплитуд вертикальных смещений пласта определяют из выражения (1). Полезное ископаемое выдается из очистных камер на дневную поверхность по коробчатому многозвенному транспортеру 6. Между очистными камерами 3 оставляют целики полезного ископаемого шириной Zц и Zпр (фиг.3).
Переход КГРП геологического нарушения с амплитудой h>S·tgβ невозможен в связи с тем, что в этом случае угол изгиба конвейера в вертикальной плоскости будет превышать предельно допустимое значение угла β между плоскостью рабочей площадки, на которой смонтирован КГРП, и коробчатым многозвенным транспортером, при превышении которого происходит деформирование и разрушение коробчатого многозвенного транспортера.
Знание мест расположения и амплитуд дизъюнктивных геологических нарушений позволяет расположить очистные камеры параллельно непереходимым дизъюнктивным геологическим нарушениям, что исключает необходимость перехода этих нарушений, а следовательно позволяет увеличить длину очистных камер.
При реализации заявляемого способа очистные камеры 3 располагают таким образом, чтобы трещины разлома 9 (фиг.3) дизъюнктивных геологических нарушений располагались над целиком, оставляемым между очистными камерами.
Места расположения и амплитуды дизъюнктивных геологических нарушений типа взбросов определяют путем проведения геологоразведочных работ и геофизических исследований горного массива.
Заявляемый способ целесообразно использовать при отработке пластов полезного ископаемого с углами падения до 30-32°, мощностью от 0,8 до 3,5 м в следующих ситуациях: при доработке некондиционных (по мощности пласта) запасов в погашаемых бортах угольных разрезов и рудных карьеров; при отработке незначительных по запасам пластовых месторождений полезных ископаемых в местах выхода пластов на земную поверхность; при отработке целиков полезных ископаемых, оставленных в местах геологических нарушений на участках, прилегающих к земной поверхности или бортам угольных разрезов и карьеров; при отработке барьерных целиков, оставленных между шахтными полями закрытых шахт и нерабочими бортами угольных разрезов. В настоящее время имеются реальные возможности безопасно и экономически эффективно отработать с использованием заявляемого способа десятки миллионов тонн угля (в Кузбассе) и других полезных ископаемых.
Использование заявляемого способа при отработке пластов полезных ископаемых на участках, осложненных непереходимыми дизъюнктивными геологическими нарушениями типа взбросов, позволяет увеличить среднюю длину очистных камер до длины камеры, обеспечиваемой техническими возможностями КГРП, повысить производительность труда на 30-60%, уменьшить издержки производства на 30-40% и более, в несколько раз уменьшить эксплутационные потери полезного в целиках.
Пример конкретного применения заявляемого способа на угольном разрезе «Распадский»
Очистные работы ведутся с использованием комплекса глубокой разработки пластов (КГРП) производства американской фирмы SUPERIOR HIGHWALL MINERS в горно-геологических условиях пласта 4-5. В благоприятных горно-геологических условиях данный комплекс позволяет проходить очистные камеры длиной до 300 м.
Мощность угольного пласта составляет 2,3 метра, угол падения - 5°. На отрабатываемом участке пласт осложнен дизъюнктивными геологическими нарушениями с амплитудой смещения от 0,1 до 3,5 м типа взбросов.
Очистные камеры проводятся из борта угольного разреза. Рабочая площадка шириной 45 м для размещения КГРП сооружена на уровне почвы разрабатываемого пласта. КГРП по угольному пласту проходят очистные камеры шириной 3,5 м. Междукамерные целики угля имеют ширину 1,2 м. Через каждые десять камер оставляют межблочный целик шириной 5 м. Расстояние между межблочными целиками составляет 45,8 м.
КГРП конструктивно не приспособлен к проходке камер по искривленной (в вертикальной плоскости) траектории, так как это приводит к нарушению прямолинейности коробчатого многозвенного транспортера, его деформированию и невозможности выдачи угля на дневную поверхность. Максимальный угол изгиба коробчатого многозвенного транспортера КГРП американской фирмы SUPERIOR HIGHWALL MINERS составляет около 5°.
При использовании известного способа-прототипа (фиг.1 и фиг.2) при подходе забоя очистной камеры 4 (исполнительного органа 7 КГРП) к непереходимому дизъюнктивному геологическому нарушению проходку камеры прекращали. В результате средняя длина очистных камер составляет 70-100 м.
Использование заявляемого способа разработки пологозалегающих пластов полезных ископаемых в рассматриваемых условиях позволяет увеличить среднюю длину камер до 200-250 м и более. Производительность труда при этом уменьшается на 30-50%, а издержки производства на 30% и более. Эксплутационные потери полезного в целиках снижаются в 1,5-2,5 раза.
Способ разработки пологозалегающих пластов полезных ископаемых, включающий подготовку фронта очистных работ путем вскрытия пласта, сооружение рабочей площадки на уровне почвы разрабатываемого пласта, монтаж на рабочей площадке комплекса глубокой разработки пласта (КГРП) с коробчатым многозвенным транспортером, выемку пласта полезного ископаемого путем проведения с использованием КГРП очистных камер, выдачу полезного ископаемого из очистных камер на дневную поверхность по коробчатому многозвенному транспортеру, оставление между очистными камерами целиков полезного ископаемого, отличающийся тем, что в пределах отрабатываемого участка пласта полезного ископаемого определяют места расположения и амплитуды дизъюнктивных геологических нарушений типа взбросов, очистные камеры проходят параллельно трещинам разлома непереходимых дизъюнктивных геологических нарушений, под трещинами разлома дизъюнктивных геологических нарушений оставляют целики полезного ископаемого, при этом к непереходимым дизъюнктивным геологическим нарушениям относят нарушения с амплитудами вертикальных смещений пласта больше их предельно допустимых значений, при превышении которых переход нарушения КГРП невозможен из-за опасных изгибов в вертикальной плоскости коробчатого многозвенного транспортера, приводящих к деформированию и разрушению транспортера, а предельно допустимые значения амплитуд вертикальных смещений пласта определяют из выражения
h≤S·tgβ,
где h - предельно допустимые значения амплитуд вертикальных смещений пласта в местах дизъюнктивных геологических нарушений;
S - расстояние от начала очистной камеры до дизъюнктивного геологического нарушения;
β - предельно допустимое значение угла между плоскостью рабочей площадки, на которой смонтирован КГРП, и коробчатым многозвенным транспортером, при превышении которого происходит деформирование и разрушение коробчатого многозвенного транспортера.
