СПОСОБ ОТВАЛООБРАЗОВАНИЯ НА ПОДРАБАТЫВАЕМОЙ ТЕРРИТОРИИ Российский патент 1994 года по МПК E21C41/26 

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к совместной разработке месторождений железных ископаемых открытыми и подземными горными работами системами с обрушением налегающей породной толщи и может быть использовано для обеспечения безопасности отвалообразовательных работ при сооружении породного отвала на подрабатываемой территории.

Известен способ (1) отвалообразования в зоне влияния подземной разработки, включающей отсыпку горных пород на участке с неактивным развитием процесса сдвижения, где подземная отработка эксплуатационных запасов полезного ископаемого и сопровождающий ее процесс сдвижения и обрушения породной толщи прекратился, а на поверхностном рельефе окончательно оформились проявившиеся при этом процессе соответствующие нарушения: оседание, трещины, воронки и провалы. Недостатком способа является ограниченность применения на подрабатываемой территории, обусловленная выполнением предписываемого пунктами 38, 39 действующих охранных правил (1) обязательного условия соблюдения безопасности при производстве отвалообразовательных работ. Обязательным условием применения способа служит естественное затухание процесса сдвижения или искусственная ликвидация имеющихся пустот. В первом случае срок начала использования территории для отвалообразования может отдалиться, а во втором требуются дополнительные затраты на проведение инженерных мероприятий по закладке выработанного пространства или обрушению налегающей толщи.

Указанный недостаток устранен в способе (2), в котором для складирования пустых пород используют активную зону сдвижения, где подземная отработка полезного ископаемого не прекращена и присутствует процесс развития сдвижений и деформаций налегающей породной толщи.

Отвалообразование в зоне с активным развитием сдвижения, включающее визуально-инструментальный контроль за развитием зоны сдвижения, прогнозную оценку степени опасности подработанной территории и отсыпку пород, осуществляют с рабочей площади отвала-пионерной насыпи, сооружаемой на участке поверхности, находящейся за пределами воронок обрушения в зоне зафиксированных плавных сдвижений и незначительных трещин. Для отсыпки пород с пионерной насыпи в воронки обрушения используют подвесные дороги и специальные землеройные машины, позволяющие выполнять операцию отсыпки на расстоянии с безопасного места.

Опасность внезапного образования воронок на подработанной породной толще, особенно при сохранении пустот и необходимость применения специальной техники существенно ограничивают и снижают эффективность отвалообразования на подрабатываемой территории.

Целью изобретения является повышение безопасности и эффективности ведения отвалочных работ в зоне ожидаемого активного процесса сдвижения горных пород.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом способе, включающем отсыпку отвала на подрабатываемую подземной разработкой поверхность, для снижения активности процесса сдвижения путем самоподбучивания обрушаемых пород до начала подземной разработки укладывают на поверхность зоны ожидаемого активного процесса сдвижения слой породы высотой, определяемой из выражения
H= , м, где m_эф - эффективная мощность условно отработанной залежи, м;
К_р.вт - вторичный коэффициент разрыхления пород, равный 1.10-1.15, после чего на указанные породы производят отсыпку отвала.

На фиг.1,2,3 показаны разрезы по простиранию эксплуатируемого месторождения залежей полезного ископаемого, отображающие открытые и подземные горные работы; на фиг.4 приведена конструктивная схема модели расчета необходимой высоты безопасного слоя-основания для породного отвала на подрабатываемой территории.

В результате подземной выемки геологических залежей 1 эксплуатируемого месторождения происходит разработка породной толщи 2 и ее поверхности 3 (см. фиг.1).

Используя подрабатываемую территорию 3 для складирования пустых пород, отвалообразовательные работы в проектных границах 4 сооружаемого породного отвала 5 ведут с учетом временного и пространственного положения подземных очистных работ относительно поверхности.

Исходят из того, на разрабатываемой территории 3 выделяют зоны с различной степенью опасности вредного влияния подземной разработки. Справа от геологической оси VII на фиг.1.2 и 3 показана зона 6 с неактивным развитием процесса сдвижения горных пород, где очистные работы прекращены, а процесс сдвижения и обрушения налегающей породной тощи 2 находится в стадии затухания. Слева от геологической оси показана зона 7 с активным развитием процесса сдвижения горных пород, обусловленного идущей отработкой запасов залежей 1 эксплуатируемого месторождения.

В обычном случае отсыпку породного отвала 5 на разрабатываемой территории 3 производят вслед за отработкой залежей 1 преимущественно в зоне с неактивным развитием процесса сдвижения горных пород 6. В зоне с активным развитием процесса сдвижения горных пород 7 допускается засыпка вышедших на земную поверхность воронок обрушения с безопасного места, характеризуемое отсутствием возможности разработки.

При этом, основанием сооружаемого породного отвала 5 служит земная поверхность подработанной породной толщи 2.

Состояние устойчивости породного отвала 5, сооружаемого на подрабатываемой территории 3, и безопасности отвалообразовательных работ может быть серьезно нарушено развитием в теле самого отвала процессов обрушения 8 от пустот 9, образованных вторичных воронок обрушения и провалов (см. фиг.2).

Образование вторичных воронок обрушения и провалов в основании породного отвала 5 обусловлено повторным развитием процессов обрушения 10.

Причиной этому служит появление новых пустот 11 в подработанной породной толще 2 от перераспределения, заполнивших отработанные пространства нижележащих горизонтов, а также пустот 12, процесс обрушения от которых задержался.

Описанная ситуация ухудшает условия отвалообразования и делает невозможным производить дальнейшие работы по отсыпке породного отвала, ввиду угрозы подработки.

Повышение безопасности и эффективности отвалообразования на подрабатываемой территории с помощью предлагаемого способа происходит следующим образом.

Для устранения угрозы подработки и обеспечение возможности одновременного производства работ по отвалообразованию в зонах с активным и неактивным развитием процесса сдвижения горных пород и воронкообразования предварительно на участке разрабатываемой территории 3, заключенном в проектируемых границах 4 породного отвала 5, отсыпают породную насыпь 13 высотой, обеспечивающей количество породной массы объемом, достаточным для заполнения объемов пустот воронок обрушения, образующихся в основании сооружаемого породного отвала 5. После отсыпки породной насыпи 13 приступают к сооружению породного отвала 5 на компенсирующем основании 13 (см. фиг.3).

Безопасная высота отсыпаемой породной насыпи определяется расчетным путем по формуле, получаемой из условия сопоставления объема условной пустоты воронок обрушения, ожидаемых на поверхности участка отсыпки породного отвала, с увеличенным объемом породного отвала при вторичном разрыхлении в результате развития в нем процесса сдвижения. При этом непосредственно для расчета из всех ожидаемых воронок обрушения выбирают воронку обрушения с максимальной глубиной образования. Можно также вести отсыпку породной насыпи переменной высоты в зависимости от параметров воронок на каждом конкретном участке.

На фиг.4 представлена схема модели расчета высоты безопасного основания для породного отвала.

Определим высоту безопасного основания H, обозначив глубину воронки обрушения 9-h_b, эффективную мощность (высоту) условной пустоты 14-m_эф, высоту компенсирующего породного слоя 13 H_o.отв, приняв за основу положение о компенсации образующейся пустоты воронки обрушения разрыхленными породами отсыпаемого породного слоя 13 на подрабатываемой территории 3.

Из соотношения объемов конуса воронки 9 и эквивалентного цилиндра 14 находим m_эф = 1/3 h_b. Глубину воронки 15 определяем по формуле (2)
h_b = m - H_p(K_p - 1), м, (1) где m - мощность отрабатываемой залежи, м;
H_p -расстояние от поверхности до верхней границы выработанного пространства, м;
K_p - коэффициент разрыхления;
- глубина воронки обрушения, м.

Условию сохранения эксплуатационной способности породного отвала и гарантия безопасных условий отвалообразования на подрабатываемой территории должно соответствовать состояние поверхности основания для породного отвала, когда отсутствуют повреждения, определяющие зону обрушения воронки, провалы, трещины с оседанием краев более 0,25 м.

Исходя из этого, условие безопасности поверхности основания запишется в следующем виде:
η = m_эф - Н_о.отв(К_р.вт - 1) < 0,25, м, (2) где η - оседание подработанной поверхности, м;
Н_о.отв - высота породного слоя, служащего основанием для породного отвала, м;
К_р.вт - вторичный коэффициент разрыхления;
m_эф - эффективная мощность, условно отработанной залежи полезного ископаемого, принимается равной 1/3 максимальной глубины h_b воронки обрушения, м;
0,25 - допустимая величина деформации поверхности основания отвала, используется на практике, как параметр, оценивающий зону плавных сдвижений в мульде сдвижения, м.

Из выражения (2) найдем высоту безопасного основания H
H=H_о.отв= , м.

Изобретение может быть использовано при сооружении породных отвалов на подрабатываемых территориях. Предварительно на подрабатываемой территории в границах проектируемого породного отвала в зоне ожидаемого активного или повторного развития процесса сдвижения укладывают слой горных пород высотой, обеспечивающей объем породной массы, способный предотвратить развитие процессов сдвижения и обрушения на его поверхности. Высоту слоя определяют по математической зависимости, после чего на указанный слой отсыпают отвал. 4 ил.

СПОСОБ ОТВАЛООБРАЗОВАНИЯ НА ПОДРАБАТЫВАЕМОЙ ТЕРРИТОРИИ, включающий отсыпку отвала на подрабатываемую подземной разработкой поверхность, отличающийся тем, что, с целью повышения безопасности ведения отвальных работ в зоне ожидаемого активного процесса сдвижения пород за счет снижения активности их сдвижения путем самоподбучивания обрушаемых пород, до начала подземной разработки укладывают на поверхность зоны активного процесса сдвижения слой породы высотой H, определяемой из выражения
H= ,
где m_эф - эффективная мощность условно отработанной залежи, м;
K_р.вт=1,10 - 1,15 - вторичный коэффициент разрыхления пород,
после чего на указанные породы производят отсыпку отвала.