Способ подземной разработки месторождений твердых полезных ископаемых

Изобретение относится к области горного дела, к подземной разработке месторождений твердых полезных ископаемых. Способ включает в себя подготовительные и нарезные работы, возведение горизонтальных 1, 5, 6, 8, 9 и вертикальных оконтуривающих 7 и разделительных искусственных массивов 10, очистную выемку и закладку выработанного пространства 12. Всем вертикальным искусственным массивам 7,10, параллельным одной из взаимно перпендикулярных осей горизонтального сечения отрабатываемого участка, придают форму трапеции с длинным основанием внизу: оконтуривающим массивам 7 - прямоугольной с вертикальной стороной вдоль контура рудного тела 4 или отрабатываемого участка 4, разделительным массивам 10 - равнобедренной, а угол наклона боковых сторон трапеций определяют из выражения: tgα=hστ/(Р_Рλσ-(Р_СВ-Р_ОГ)τ), где h - высота этажа, м; σ и τ - соответственно, предел прочности материала искусственного массива на сжатие и на сдвиг, МПа; λ - коэффициент бокового распора; Р_СВ, Р_ОГ, Р_Р - соответственно, вес пород в пределах свода естественного равновесия, вес части верхнего искусственного ограждающего массива и вес рудного массива в выемочном блоке, H. Изобретение позволяет создать безопасные условия для высокопроизводительной отработки запасов выемочных блоков, оконтуренных искусственными разделительными целиками. 2 ил.

 

Изобретение относится к области горного дела и, в частности, к подземной разработке рудных месторождений.

Известен способ подземной разработки мощных месторождений с управлением горным давлением рудными целиками [1]. Недостатком этого способа является полная незащищенность очистных работ от воздействия всех известных негативных геофакторов и от выделений флюидонесущих коллекторов во вмещающих породах (при их наличии), а также повышенные потери руды.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ разработки месторождений полезных ископаемых, включающий в себя трехстадийный порядок отработки запасов с опережающим возведением каркасной конструкции из ограждающего и разделительных искусственных массивов постоянной ширины и последующей отработкой выемочных блоков высокопроизводительными системами [2]. Недостатком данного способа, порождающим потенциальную опасность ведения горных работ и увеличения потерь неотбитой руды, является нескомпенсированное ослабление, в процессе создания каркасной конструкции, прочности контуров рудного массива выемочного блока на границах с разделительными искусственными массивами. Следствием чего является вполне реальная вероятность самопроизвольного сдвижения по вертикали всего массива выемочного блока при выполнении нижней подсечки, необходимой для отбойки и выдачи руды из очистных камер.

Целью изобретения является создание безопасных условий для высокопроизводительной отработки запасов выемочных блоков, оконтуренных искусственными разделительными целиками.

Указанная цель достигается тем, что при использовании трехстадийной отработки запасов всем вертикальным искусственным массивам, параллельным одной из взаимно перпендикулярных осей горизонтального сечения отрабатываемого участка, придают форму трапеции с длинным основанием внизу: оконтуривающим - прямоугольной с вертикальной стороной вдоль контура рудного тела или отрабатываемого участка, разделительным - равнобедренной, а угол наклона боковых сторон определяют из выражения:

,

где h - высота этажа, м; σ и τ - соответственно, предел прочности материала искусственного массива на сжатие и на сдвиг, МПа; λ - коэффициент бокового распора; Р_СВ, Р_ОГ, Р_Р - соответственно, вес пород в пределах свода естественного равновесия, вес части верхнего искусственного ограждающего массива и вес рудного массива в выемочном блоке, Н.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид каркасной конструкции с трапециевидными разделительными искусственными массивами. На фиг.2 показана схема, поясняющая методику расчета угла наклона боковых сторон трапециевидных искусственных массивов.

Система разработки месторождений полезных ископаемых содержит этажные подготовительные выработки 1, внешний 2 и внутренний 3 контуры отрабатываемого участка рудного тела 4, нижнюю 5 и верхнюю 6 контурные нарезные выработки, оконтуривающий искусственный массив 7, нижние 8 и верхние 9 нарезные выработки разделительных искусственных массивов 10, оконтуренные этими массивами выемочные блоки 11, отрабатываемые 12 и заполняемые твердеющей закладкой 13, наклонные боковые стороны искусственных массивов 14, верхние 15 и нижние 16 основания искусственных массивов и свод давления 17 в подработанной части рудного массива.

Способ реализуется следующим образом. После проходки на уровне верхнего и нижнего горизонтов этажных подготовительных выработок 1 вдоль внешнего контура 2 отрабатываемого участка рудного тела 4 проходят замкнутые контурные нарезные выработки - нижняя 5 и верхняя 6 оконтуривающего искусственного массива 7. Затем проходят нижние 8 и верхние 9 нарезные выработки каждого из намеченных разделительных искусственных массивов 10. Из нижних нарезных выработок 5 и 8 начинают одновременное возведение снизу вверх оконтуривающих 7 и разделительных 10 искусственных массивов, применяя технологию горизонтальных слоев с твердеющей закладкой или другие известные методы - этажную или подэтажную отбойку скважинами из вертикальных или горизонтальных выработок, шпуровую отбойку, выбуривание, слоевую выемку с применением комбайнов. Для предотвращения самопроизвольного сдвижения массива выемочного блока 11 по внутреннему контуру 3 разделительным массивам 10 придают форму равнобедренной трапеции, а вертикальным оконтуривающим искусственным массивам 7 - форму прямоугольной трапеции с вертикальной стороной, расположенной по внешнему контуру 2 отрабатываемого участка 4.

Угол наклона боковых сторон 14 искусственных массивов 7 и 10 определяется через соотношение размеров верхнего 15 и нижнего 16 оснований с высотой этажа (фиг.2):

.

Размер верхнего основания 15 определяют как соотношение суммарного веса (Р_СВ) свода давления 17 и горизонтального (Р_ОГ) оконтуривающего массива 7 с прочностью материала закладки на сжатие (σ):

.

Размер нижнего основания 16 определяют по условию его сдвига через соотношение горизонтальной составляющей веса руды (P_P) в выемочном блоке 11 с прочностью материала закладки на сдвиг (τ):

Угол наклона боковых сторон 14 искусственных массивов 7 и 10 определяют из выражения:

,

где h - высота этажа, м; σ и τ - соответственно, предел прочности материала искусственного массива на сжатие и на сдвиг, МПа; λ - коэффициент бокового распора; P_CB, Р_ОГ, P_P - соответственно, вес пород в пределах свода естественного равновесия, вес части верхнего искусственного ограждающего массива и вес рудного массива в выемочном блоке, Н.

После возведения искусственных массивов 7 и 10 в образованных ими выемочных блоках 11 ведут очистную выемку 12 с последующей закладкой 13 выработанного пространства.

Перечень последовательностей

1 - этажная подготовительная выработка

2 - внешний контур рудного тела

3 - внутренний контур отрабатываемого участка

4 - рудное тело

5 - нижняя контурная нарезная выработка

6 - верхняя контурная нарезная выработка

7 - оконтуривающий искусственный массив

8 - нижняя нарезная выработка

9 - верхняя нарезная выработка

10 - разделительный искусственный массив

11 - выемочный блок

12 - отрабатываемый выемочный блок

13 - выемочный блок, заполненный твердеющей закладкой

14 - наклонная боковая сторона искусственного массива

15 - верхнее основание искусственного массива

16 - нижнее основание искусственного массива

17 - свод давления

Источники информации

1. Попов Г.Н. Разработка месторождений полезных ископаемых. - М.: Госгортехиздат, 1963. - С.248-249.

2. Патент РФ №2306417 С1, МКИ Е21С 41/00. Способ подземной разработки месторождений полезных ископаемых / Галчснко Ю.П., Айнбиндер И.И., Плащинский В.Ф., Пахалуев В.Ф., Сабянин Г.В., Родионов Ю.И., Пацкевич П.Г., Вохмин С.А. - Опубл. 20.09.2007. Бюл. №26.

Способ подземной разработки месторождений твердых полезных ископаемых, включающий в себя подготовительные и нарезные работы, возведение горизонтальных и вертикальных оконтуривающих и разделительных искусственных массивов, очистную выемку и закладку выработанного пространства, отличающийся тем, что, с целью обеспечения безопасных условий труда и повышения эффективности добычи полезного ископаемого, а также защиты горных работ от негативного влияния геофакторов, всем вертикальным искусственным массивам, параллельным одной из взаимно перпендикулярных осей горизонтального сечения отрабатываемого участка, придают форму трапеции с длинным основанием внизу: оконтуривающим массивам - прямоугольной с вертикальной стороной вдоль контура рудного тела или отрабатываемого участка, разделительным массивам - равнобедренной, а угол наклона боковых сторон трапеций определяют из выражения
,
где h - высота этажа, м;
σ и τ - соответственно предел прочности материала искусственного массива на сжатие и на сдвиг, МПа;
λ - коэффициент бокового распора;
Р_СВ, Р_ОГ, Р_Р - соответственно вес пород в пределах свода естественного равновесия, вес части верхнего искусственного ограждающего массива и вес рудного массива в выемочном блоке, H.