СПОСОБ РАЗРАБОТКИ КРУТОПАДАЮЩИХ РУДНЫХ ТЕЛ Российский патент 1997 года по МПК E21C41/22 

Изобретение относится к горному делу, в частности к способам разработки с искусственным поддержанием очистного пространства при выемке крутопадающих рудных тел небольшой и средней мощности, и особенно может быть использовано в сложных условиях их залегания и при выемке сплошным фронтом по простиранию.

Известен способ обрушения покрывающих пород, включающий формирование в них пересекающихся взаимноперпендикулярных вертикальных и горизонтальных плоскостей ослабления с применением взрывания зарядов ВВ в скважинах и гидроразрыва скважин, обрушение пород висячего бока на отбитую руду. При этом плоскостями ослабления выделяется в породном массиве объемный породный элемент с поперечными разрезами, равными длине указанных скважин, и длиной (по простиранию), равной длине фронта отбойки рудного тела за один массивный взрыв. Отбитое полезное ископаемое выпускают под прикрытием этого опускающегося породного элемента, пока он не займет свое конечное положение на днище блока [1]
Недостатки известного способа заключаются в следующем. Во-первых, выделенный плоскостями ослабления из массива налегающих пород и обрушенный на отбитую руду породный элемент не имеет фиксированного местоположения и поэтому не является средством поддержания очистного пространства. Во-вторых, способ имеет ограниченную область применения разработку мощных наклонных месторождений системами с массовым обрушением руды и налегающих пород и поэтому не может быть использован при разработке рудных тел небольшой и средней мощности.

Известен способ разработки маломощных крутопадающих рудных тел с поддержанием очистного пространства рудными целиками и временно неподвижной магазинированной рудой, по которой в процессе отбойки и магазинирования руды создают в выработанном пространстве по всей его высоте сужение, в котором формируют впоследствии извлекаемый столб из крупнокусковой отбитой руды [2]
Недостатком известного способа является то, что столб крупнокусковой руды формируется временно и поэтому также не является средством поддержания и ограничения очистного пространства. Возникает необходимость оставления междукамерных рудных целиков, в связи с чем увеличиваются как затраты, связанные с формированием целиков, так и потери руды, что в итоге сопровождается сравнительно высокими затратами на добычу руды.

Наиболее близким техническим решением является способ разработки крутопадающих мощных рудных залежей, по которому после выемки очистной камеры производят отрезку в нижней ее части монолитного блока из массива пород висячего бока длиной, равной длине камеры, и высотой, равной половине высоты камеры, затем этот блок перемещают по наклонному днищу в выработанное пространство и ведут отработку запасов руды под защитой монолитного породного блока как потолочины, предотвращающей засорение добываемой руды вышерасположенными обрушенными породами [3]
Недостатки этого способа разработки заключаются в следующем.

Во-первых, перемещенный в выработанное пространство монолитный блок не является средством поддержания боковых пород (не выполняет функцию междукамерного целика как опорного элемента) и поэтому не предотвращает массив пород от сдвижения и обрушения в очистное пространство, а также не ограничивает от проникновения разубоживающих обрушенных пород из смежного по простиранию выработанного пространства, т.е. не выполняет функцию междукамерного целика как ограждающего конструктивного элемента способа разработки. Возникает необходимость оставлять рудные междукамерные целики, что сопровождается повышением потерь руды.

Во-вторых, в случае сложного контура рудного тела и особенно при небольшой его мощности оказывается невозможным из-за неровностей достаточно плотное прилегание монолитного блока по всей его длине к лежащему боку рудного тела, поэтому возникают предпосылки увеличения разубоживания руды поступающими сверху обрушенными породами; не исключено также аварийное соскальзывание перемещенного блока в нижерасположенное очистное пространство.

В-третьих, оконтуриваемый породный блок имеет весьма большие размеры; длина равна длине очистной камеры, высота равна половине высоты камеры, ширина больше мощности рудной залежи. Это обстоятельство приводит как к сравнительно высоким затратам на оконтуривание, так и к большей вероятности подработки оконтуриваемым блоком близкорасположенных горных выработок и рудных тел (особенно в случае характерного для маломощных рудных тел сближенного их залегания).

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а именно сокращение потерь руды за счет замены рудных междукамерных целиков опорно-ограждающими конструкциями из породных блоков, расширение области применения способа на сложные условия залегания рудных тел (небольшая мощность, переменный угол падения, сближенное расположение), уменьшение объема оконтуриваемого породного блока и соответственное сокращение затрат на создание породных опорно-ограждающих междукамерных целиков.

Поставленная цель достигается тем, что в способе разработки крутопадающих рудных тел, включающем оконтуривание в процессе очистной выемки вертикальными плоскостями ослабления монолитного блока в прилегающем к рудному телу массиве боковых пород, отрезку его на уровне днища очистной камеры и последующее перемещение в выработанное пространство, монолитный породный блок в массиве боковых пород оконтуривают в форме породного столба на границе выработанного пространства с вовлекаемым в отработку выемочным участком, одновременно в этом же массиве боковых пород образуют приемную выработку, разделяют породный столб по высоте на отдельные породные блоки, размещаемые в выработанном пространстве и приемной выработке, а затем из них формируют породный опорно-ограждающий междукамерный целик.

Оконтуриваемому столбу пород и приемной выработке придают в горизонтальном сечении трапециевидную, или прямоугольную, или треугольную форму.

В процессе оконтуривания столба пород пропускают через породные блоки тросы и закрепляют их в законтурном массиве боковых пород.

Оконтуриваемый столб пород упрочняют перед разделением его на блоки.

Свободное пространство между породными блоками и контуром приемной выработки, а также между породными блоками заполняют закладочным материалом.

Оконтуривание в массиве боковых пород монолитного породного блока в форме породного столба, расположенного на границе выработанного пространства с вовлекаемым в отработку выемочным участком, и одновременное образование приемной выработки в этом же массиве боковых пород с последующей разделением породного столба на отдельные породные блоки, размещаемые в выработанном пространстве и приемной выработке, и формирование породного опорно-ограждающего междукамераного целика взамен рудного междукамерного целика позволяет создать в выработанном пространстве конструкцию из породных блоков, заменяющую по своим функциям междукамерный целик, что сокращает потери руды в целиках, способствует расширению области применения способа на сложные условия залегания рудных тел (небольшая мощность, переменный угол падения, сближенное расположение), особенно при сплошной выемке, а также позволяет уменьшить объем оконтуриваемого породного блока и сократить затраты на создание породных опорно-ограждающих междукамерных целиков.

Придание оконтуриваемому столбу пород и приемной выработке трапециевидной, или прямоугольной, или треугольной в горизонтальном сечении формы обеспечивает возможность беспрепятственного перемещения и удержания породных блоков в приемной выработке и выработанном пространстве в процессе образования опорно-ограждающего целика.

Пропускание через скважины, пробуренные в породных блоках в процессе оконтуривания столба пород, тросов и закрепление их в законтурном массиве боковых пород является дополнительной (по отношению к удерживаемой выработке) мерой по ограничению их смещений вдоль выработанного пространства, позволяющей, таким образом, повысить устойчивость опорно-ограждающего целика.

Упрочнение оконтуриваемого столба пород перед разделением его на блоки позволяет повысить монолитность породных блоков в случае естественной их трещиноватости.

Заполнение закладочным материалом, например консолидирующимся, свободного пространства между породными блоками и контуром приемной выработки, а также между блоками обеспечивает образование монолитного опорно-ограждающего целика заданной прочности.

Предлагаемый способ разработки изображен на чертежах применительно к условиям выемки рудных тел различной мощности: средней (фиг. 1 вертикальная проекция; фиг. 2 план подэтажного горизонта) и малой ( фиг. 3 вертикальная проекция; фиг. 4 вертикальный разрез; фиг. 5 горизонтальный разрез). В первом случае отработку рудного тела ведут, например, из подэтажных штреков, во втором с магазинированием руды.

При выемке рудных тел средней мощности из подэтажных штреков предлагаемый способ осуществляют следующим образом (фиг. 1 и 2). Производят подготовку выемочного участка проходкой по рудному телу 1 откаточного штрека 2, вентиляционного штрека 3 и погрузочных выработок 4. Очистную отбойку ведут веерами скважин 5, пробуриваемых из подэтажных выработок 6 (из штреков, а при необходимости и из ортов). В процессе очистной выемки создают опорно-ограждающие целики. Для этого заблаговременно формируют во вмещающих породах сопряженные вертикальные плоскости ослабления 7, оконтуривающие столб боковых пород 8, прилегающих к выработанному пространству 9 вблизи его границы 10 со смежным выемочным участком 11. Создание плоскостей ослабления 7 может производиться различными способами: гидроразрывом или с применением невзрывчатых разрушающих состав или, как в данном примере, с применением контурного взрывания зарядов ВВ в заранее пробуренных из подэтажных выработок 6 веерах скважин 12, причем в первую очередь взрывают поперечные по отношению к простиранию рудного тела веера скважин, а во вторую очередь после повреждения границей 10 местоположения столба боковых пород 8 взрывают продольные вееры скважин. Плоскостями ослабления формируются во вмещающих породах приемная выработка 13, в которой затем будет размещаться и удерживаться опорно-ограждающий породный столб. После взрывания продольных вееров скважин или одновременно с этим образуют поперечные (горизонтальные) плоскости ослабления 14 путем контурного взрывания вееров скважин 15. При этом столб боковых пород 8 разделяют на породные блоки 16.

Продольные блоки 16, оставаясь в пределах приемной выработки 13, сдвигаются взрывами и под действием гравитации в направлении выработанного пространства 9. Форма (трапециевидная, или прямоугольная, или треугольная) и размеры приемной выработки 13 обеспечивают как возможность перемещения породных блоков в направлении выработанного пространства, так и полного или частичного перекрытия его и удержания породных блоков 16 в приемной выработке 13.

При необходимости для удержания породных блоков 16 применяют стальные тросы 17, помещаемые в скважины 18, пробуренные с наклоном через руду в породные блоки. Один конец троса 17 закрепляют (например, цементацией) в замкнутом массиве пород, а второй свободный оснащают деталью, препятствующей в дальнейшем соскальзыванию породного блока с троса, например шайбой. Возможно также просто завязывание троса узлом. Длина свободного конца троса (с учетом толщины рудного целика) определяет расстояние перемещения породного блока.

Упрочнение породных блоков 16 в случае сильной естественной их трещиноватости достигается путем нагнетания твердеющего раствора через дополнительные скважины, пробуриваемые в оконтуриваемый массив пород из подэтажных штреков.

Пустоты между породными блоками и контуром приемной выработки и между породными блоками частично могут заполняться самообрушающимися породами, а при необходимости (для создания монолитов материалов опорно-ограждающего целика высокой прочности) закладочным материалом 19 (например, твердеющей смесью), подаваемым в приемную выработку через скважины. При этом возможно использование оставшихся участков скважин 12.

Таким образом, создают конструкцию из породных блоков, образующую в выработанном пространстве опорно-ограждающий столб (искусственный целик). После формирования опорно-ограждающего столба (целика) очистные работы в выемочном участке возобновляют. Отбойку руды ведут на компенсационное пространство, оставляемое между рудным телом и опорно-ограждающим столбом, который выполняет функции междукамерного целика поддерживает призабойное очистное пространство и предотвращает разлет отбитой руды в выработанное пространство и в определенной мере способствует ориентации движения вентиляционной струи вдоль очистного забоя.

Расстояние между опорно-ограждающими столбами и их размеры определяют расчетными методами и проверяют экспериментально.

Выбор места оконтуривания столба пород (висячий бок, лежащий бок или с обоих боков) производят с учетом конкретных условий и в зависимости от параметров залегания рудного тела, главным образом угла его падения и мощности.

Предложенный способ разработки позволяет, таким образом, осуществить подэтажную выемку сплошным фронтом по простиранию без оставления рудных междукамерных целиков.

При выемке маломощных крутопадающих рудных тел с магазинированием руды предлагаемый способ осуществляют следующим образом (см. фиг. 3, 4 и 5). Производят подготовку выемочного участка (очистного блока) одним из известных способов, включающим, например, проходку по рудному телу 1 откаточного штрека 2 и вентиляционного штрека 3, соединяемых восстающими. Формируют днище блока с устройством в нем выпускных и погрузочных выработок 4, после чего приступают к очистной выемке с магазинированием руды с отбойкой ее шпурами 5, пробуриваемыми из очистного забоя 6.

По мере отработки очистного блока и подвигания по восстанию очистного забоя 6 оконтуривают вертикальными плоскостями ослабления 7 столб боковых пород 8, прилегающих к выработанному пространству 9 вблизи его границы 10 со смежным выемочным участком (очистным блоком) 11.

Вертикальные плоскости ослабления 7 создают путем последовательного контурного взрывания зарядов ВВ в рядах скважин 12, пробуриваемых из очистного забоя 6. Взрывание вновь пробуренных скважин 12 производят одновременно с очистной отбойкой рудного тела на участке расположения оконтуриваемого столба боковых пород 8.

В данном случае малой мощности рудного тела оконтуриваемому столбу пород придают в горизонтальном сечении треугольную форму, так же как и приемной выработке 13.

Оконтуривание столба пород производят либо только в лежачем или только в висячем боку либо в обоих боках в зависимости от мощности рудного тела, свойств и других факторов.

Расстояние между породными столбами 8 по простиранию рудного тела соответствует длине очистного блока.

Образование в оконтуренном столбе пород 8 поперечных плоскостей ослабления 14 производят с применением дополнительных горизонтальных скважин 15, пробуриваемых через 2-3 цикла подвигания по восстанию очистного забоя.

Разделение столба 8 на породные блоки 16, перемещение их в выработанное пространство и расклинивание с образованием при этом опорно-ограждающего столба производят в процессе частичного выпуска отбитой руды, которая заполняет пустоты, образующиеся между породными блоками 16 и контуром приемной выработки 13. После полного выпуска магазинированной руды при необходимости увеличить прочность опорно-ограждающего столба производят заполнение пустот закладочным материалом, подаваемым в приемную выработку 13 сверху через специальную закладочную выработку или скважину.

После выпуска магазинированной руды и консолидации опорно-ограждающего столба пород приступают к отработке смежного очистного блока 11. Таким образом, осуществляют сплошную отработку рудного тела с магазинированием руды без оставления рудных междукамерных целиков.

Использование предлагаемого способа разработки крутопадающих рудных тел позволяет по сравнению с известным получить ряд положительных результатов. Во-первых, исключается необходимость оставления рудных междукамерных целиков, запасы руды в которых обычно составляют 5-20% что, например, при средней мощности рудных тел позволяет сократить эксплуатационные потери руды на 1,5-8% Во-вторых, существенно расширяется область применения способа с использованием подрываемых боковых пород в качестве средства поддержания очистного пространства на сложные условия залегания рудных тел (небольшая мощность, переменный угол падения, сближенное расположение), особенно при осуществлении сплошной выемки без оставления междукамерных целиков. Тем самым исключаются затраты на работы, связанные с оконтуриванием этих целиков и образованием отрезных щелей в очистных блоках. Объем исключаемых нарезных выработок на один очистной блок составляет 300 3000 куб.м в зависимости от мощности рудного тела. В-третьих, размеры оконтуриваемого породного блока по длине (по простиранию рудного тела) могут быть уменьшены в несколько раз. Например, при длине очистного блока 50 м и длине искусственного породного целика 10 м размер оконтуриваемого породного блока уменьшается в 5 раз по сравнению с известным способом.

По предлагаемому способу ведутся исследования и проектные проработки для испытания его на одном из рудников Дальнего Востока.

Использование: способ разработки крутопадающих рудных тел. Сущность изобретения: оконтуривают вертикальными плоскостями ослабления монолитный блок боковых пород в виде столба поперечными плоскостями ослабления, разделяют этот блок на отдельные блоки, размещенные и удерживаемые в образованной пересечением вертикальных плоскостей ослабления, приемной выработке в горизонтальном сечении придают форму трапеции, или прямоугольника, или треугольника. Свободное пространство между отдельными породными блоками и контуром приемной выработки заполняют закладочным материалом. Образованный из породных блоков опорно-ограждающий столб используют в качестве междукамерного целика при очистной выемке сплошным фронтом по простиранию. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ разработки крутопадающих рудных тел, включающий оконтуривание в процессе очистной выемки вертикальными плоскостями ослабления монолитного породного блока в прилегающем к рудному телу массиве боковых пород, отрезку его на уровне днища очистной камеры и последующее перемещение в выработанное пространство, отличающийся тем, что монолитный породный блок в массиве боковых пород оконтуривают в форме породного столба, расположенного на границе выработанного пространства с вовлекаемым в отработку выемочным участком, одновременно в этом же массиве боковых пород образуют приемную выработку, разделяют породный столб на отдельные породные блоки, размещаемые в выработанном пространстве и приемной выработке, а затем из них формируют породный опорно-ограждающий междукамерный целик. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что столбу пород и приемной выработке придают в горизонтальном сечении трапециевидную, или прямоугольную, или треугольную форму. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в процессе оконтуривания столба пород пропускают через скважины, пробуренные в породных блоках, тросы и закрепляют их в законтурном массиве боковых пород. 4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что оконтуриваемый столб пород перед разделением его на блоки упрочняют, например, цементацией. 5. Способ по пп.1 4, отличающийся тем, что свободное пространство между породными блоками и стенками приемной выработки, а также между породными блоками заполняют закладочным материалом.