СПОСОБ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ С ОБРУШЕНИЕМ И ВЫПУСКОМ РУДЫ ПОД ПОКРЫВАЮЩИМИ ПОРОДАМИ Российский патент 1997 года по МПК E21C41/22 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке мощных рудных месторождений с обрушением налегающих пород.

Известен способ непрерывного этажно-принудительного панельного обрушения с вибровыпуском под накрывающими породами, включающий проходку транспортных выработок на откачном горизонте, из них доставочных выработок и монтаж вибрационных установок для выпуска и погрузки руды, разбуривание массива глубокими скважинами и отбойку руды на зажатую среду из пустых пород, вибровыпуск под покрывающими породами [1]
Недостатками существующего способа являются большие потери и разубоживание руды:
а) выпуск и погрузка руды ведутся посредством вибрационных установок, неравномерно расположенных в днище, что приводит к значительной потере руды в гребнях;
б) при наличии нескольких виброустановок выпуск руды из блока, как правило, ведут одной установкой, что сопровождается образованием над ней локальной зоны потока ограниченных размеров. В рудах, содержащих глинистые частицы, над работающей установкой образуются узкие зоны потока диаметром 3-6 м, прослеживаемые почти на всю высоту этажа, что резко увеличивает потери и разубоживание руды;
в) в технологию и операции по выемке руды не заложены регламентирующие операции, дозирующие выпуск руды, и поэтому трудно обеспечить контролируемый равномерный выпуск руды из блока.

Результатом несоблюдения планограмм выпуска являются дополнительные потери и разубоживание руды.

Наиболее близким аналогом по технической сущности предлагаемому техническому решению является способ разработки подэтажным разрушением, включающий в себя проходку параллельных подэтажных выработок, бурение из них комплекта скважин для слоевой отбойки руды, взрывание на зажатую среду из вмещающих пород, выпуск и транспортировку погрузочно-доставочными машинами [2] Эта технология является самым распространенным способом добычи руды в Швеции (см. например, Atlas Copco, Modern Minig Machinery for the 80'S Moscow, 1979).

Наиболее совершенным вариантом данного способа является метод подэтажного разрушения с так называемым фронтальным обрушением, при котором для расширения фронта гравитационного потока проходят широкие, но низкие погрузочные подэтажные выработки.

Недостатком данного способа является:
а) трудность при большом горном давлении поддерживания близко расположенных параллельно пройденных широких доставочных выработок;
б) недостаточные глубины забора погрузочно-доставочными машинами, а, следовательно, и толщина потока в призабойном пространстве; толщина потока в этом случае определяется, в основном, крупностью отбитой руды; чем крупнее руда, тем больше толщина потока; увеличение размера кусков осложняет все операции по добыче руды;
в) при черпании руды погрузочной машиной в призабойном пространстве образуется локализованная зона потоков небольших размеров; увеличение ширины выработки позволяет только образовывать ряд таких локализованных зон, что не способно привести к увеличению общей толщины зоны потока в призабойном пространстве; образовать одновременный забор руды по всему сечению выработки практически невозможно, поэтому невозможно увеличить и толщину потока, а, следовательно, толщину отбиваемого слоя за счет расширения выработки;
г) ввиду невозможности синхронизации погрузки руды в двух и более смежных выработках невозможно и получение общей зоны потока большой ширины.

Над каждой выработкой образуется собственная зона потока с ограниченными размерами и состоящая из отдельных зон потоков, формирующихся при каждой операции черпания руды погрузочной машиной.

Ограниченная зона потока не позволяет увеличивать толщину отбиваемого слоя, что повышает потери руды и ее засорение пустыми породами.

Задачами предлагаемого технического предложения являются: сокращение потерь и разубоживание руды при разработке месторождения с обрушением и выпуском под покрывающими породами.

Поставленные задачи решаются следующим образом.

Во время подэтажной отработки производят частичный выпуск руды в размере до 40% а замагазинированную руду в пределах этажа выпускают вертикальными балками. Для выпуска замагазинированной в этаже руды над этажной транспортной выработкой блока проходят две параллельные дополнительные подэтажные выработки, соединенные с ней наклонными сбойками; по мере отработки в каждую дополнительную подэтажную выработку устанавливают виброактиватор. После установки во все подэтажные выработки виброактиваторов замагазинированную в блоке руду начинают выпускать на почву этажной транспортной выработки. Выпуск осуществляется за счет периодического включения в работу одновременно всех виброактиваторов блока до заполнения этажной транспортной выработки. После одновременного включения всех виброактиваторов блока ведут отгрузку руды погрузочно-доставочными машинами из этажной транспортной выработки. Операции по выпуску руды включением виброактиваторов, а затем машинную отгрузку ведут до полного выпуска замагазинированной руды из блока. После этого подэтажным обрушением отрабатывают целик над этажной транспортной выработкой.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в следующем.

Подэтажная отработка позволяет качественно и равномерно разбить руду в этаже, что создает благоприятные возможности для выпуска замагазинированной в блоке руды без существенных потерь. При этом во время отбойки выдается около 40% чистой руды. Это становится возможным благодаря тому, что отбойка ведется не на налегающие пустые породы, а на замагазинированную руду, что полностью исключает засорение последней. Остающаяся в очистном пространстве замагазинированная руда вынимается вертикальными блоками (столбами). Чем больше размеры блока высота и площадь, тем меньше контакты с вмещающими пустыми породами, тем меньше засорение руды и потерь ее на контактах.

Исследованиями установлено, что при выпуске сыпучих материалов на некоторой высоте от выпускного окна поперечное горизонтальное сечение зоны потока, независимо от формы окна, приобретает форму круга. При этом диаметр зоны потока в основном определяется наибольшим размером окна и свойством сыпучего материала. Отсюда следует, что для получения больших зон потока необходимо иметь прямоугольные выпускные окна траншеи (при соблюдении условия проходимости для сыпучего материала всем сечением окна). Исследованиями также установлено, что вытянутые выпускные окна можно заменить несколькими выпускными отверстиями, расположенными на одной оси с расстоянием между центрами отверстий, обеспечивающими образование пересекающих зон потоков от отдельных отверстий.

При одновременном выпуске сыпучих материалов через систему таких отверстий образуется общая зона потока, диаметр которой несколько больше, чем расстояние между крайними отверстиями. Если же выпуск сыпучего материала производить последовательно из каждого выпускного отверстия, то образуется ряд локализованных потоков ограниченных размеров, характерных для каждого отдельного отверстия. Суммарная зона этого потока из всех локализованных потоков над индивидуальными отверстиями в несколько раз меньше, чем зона потока, образующаяся при одновременном выпуске из тех же отверстий. Следовательно, большую зону потока можно получить только за счет одновременного выпуска из всех отверстий, находящихся на расстояниях, обеспечивающих пересечение зон потоков каждого из них.

Исследованиями установлено, что вибрирующая поверхность, с которой организовано удаление движущего сыпучего материала, работает как выпускное окно с замедленной скоростью движения потока частиц в нем. Потоком при этом можно дистанционно управлять, легко организовывать одновременную работу нескольких вибрирующих поверхностей. Если в сыпучем материале разместить несколько вибрирующих поверхностей и при этом обеспечить пересечение образующихся над ними зон потоков, то одновременным включением всех поверхностей в работу можно создать единый движущийся поток сыпучего материала больших размеров. Вышеуказанные исследования положены в основу создания технологии выпуска замагазинированной руды в предлагаемом техническом решении. Предлагаемое техническое решение позволяет производить выпуск одновременно на площади в несколько десятков квадратных метров одним потоком, т.е. без существенных потерь и разубоживания. Вышеуказанное становится возможным при рассредоточенном по площади блока одновременном дозированном выпуске руды. Для этого в блоке над этажной транспортной выработкой проходят две параллельные дополнительные подэтажные выработки и соединяют эти выработки с ней наклонными сбойками. На пересечении доставочных выработок и сбоек монтируют виброактиваторы, посредством которых управляют выпуском руды. Для получения движения руды на большой площади и исключения перемешивания пород в блоке в одновременную работу включают все находящиеся в блоке виброактиваторы. В очистном пространстве при этом образуется единая зона потока руды увеличенной ширины, что исключает перемешивание руды с породой и тем самым разубоживание. Руда из всех сбоек направляется в этажную транспортную выработку. Заполнение объема транспортной выработки обеспечивает строгое объемное дозирование. Отгрузку руды из транспортной выработки ведут при выключенных виброактиваторах. Таким образом, техническим решением предусмотрена отгрузка при отбойке как можно большего объема чистой руды. Остальная руда магазинируется. При магазинировании большого количества руды ведется выпуск из блока с образованием единого потока большого сечения, а управление потоком осуществляется посредством объемного дозирования. Все это в совокупности позволяет сократить потери руды и уменьшить разубоживание при разработке месторождения самым дешевым способом с выпуском руды под налегающими породами.

На фиг. 1 показана принципиальная схема осуществления способа разработки месторождений с обрушением и выпуском руды под покрывающими породами - вертикальный разрез по простиранию подэтажных выработок; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 конструкция узла сопряжения этажной транспортной выработки с дополнительными подэтажными выработками вертикальный разрез по сбойке; на фиг. 5 сечение В-В на фиг. 1.

Для осуществления способа мощное месторождение по вертикали делится на этажи высотой 50-150 м, а этажи на подэтажи высотой 15-30 м. Ввиду того, что в предлагаемом способе на подэтажах ведется только частичный выпуск руды, высота подэтажа может быть увеличенной. На подэтажах проходят подэтажные выработки 1, из которых бурят скважины 2 и ведут отбойку руды слоями 3. После отбойки очередного слоя производят частичный, до 10-40% количества руды в слое, выпуск обрушенной руды. Минимальное количество выпускаемой руды из слоя 10% определяется необходимостью для осуществления послойной отбойки руды компенсации минимального разрыхления разрушенной руды в слое. Максимальное количество выпускаемой руды из слоя в размере 40% определяют, исходя из гарантийного обеспечения выпуска чистой руды без перемешивания с покрывающими пустыми породами. После выпуска определенного количества руды производят отбойку и частичный выпуск отбитой руды из следующего слоя.

Таким образом, в разрабатываемом этаже месторождения производится отработка на всех подэтажах, кроме нижнего. Технология позволяет добыть до 40% чистой руды. Остальная часть временно магазинируется в очистном пространстве. Для выпуска замагазинированой руды нижний подэтаж готовят следующим образом. Над этажной транспортной выработкой 4, пройденной посредине блока, по обе ее стороны на высоте 4 8 м проходят две параллельные дополнительные подэтажные выработки 5 и 6 (фиг. 4, 5). Дополнительные подэтажные выработки 5 и 6 через 5-7 м соединяют с этажной транспортной выработкой 4 наклонными сбойками 7. На почве наклонных сбоек 7 под углом 10-30^o к горизонту монтируют виброактиваторы 8. Ширина виброактиваторов при этом должна составлять не менее 50% ширины сбойки. Малое расстояние между активаторами 8, большой охват ими ширины выработки (не менее 50%) необходимы для того, чтобы во время работы образовывалась единая зона движения руды в блоке. Виброактиваторы 8 представляют собой вибрационную плиту с приводом (обладающими НОУ-ХАУ), способную работать под полным завалом руды, и автоматически подстраивающуюся под нагрузки. При работе виброактиватора 8 движение руды по плите и в областях, примыкающих к ней, осуществляется под действием собственного веса руды и за счет снижения под действием вибрации сил внешнего и внутреннего трения сцепления. При углах монтажа виброактиватора 8 к горизонту, больших 22^o, в наклонной сбойке 7 устанавливают цепные неуправляемые заслоны (не показаны). Монтаж виброактиваторов 8 производят по мере подэтажной отработки дополнительных подэтажных выработок 5 и 6. Для обеспечения высокоэффективного выпуска (минимальные потери и разубоживание руды, минимум затрат на поддержание этажной транспортной выработки и т.д.) необходимо, чтобы в блоке работало не менее шести виброактиваторв 8, по три штуки с каждой стороны доставочной выработки, что обеспечивает образование зоны потока с поперечным сечением площадью более 200 м². После установки всех виброактиваторов 8 в блоке (не менее 6 штук) производят объемно-дозированный выпуск замагазинированной руды. Для этого включают в одновременную работу все виброактиваторы в блоке и производят выпуск руды на почву этажной транспортной выработки 4. Дозой выпуска является объем этажной транспортной выработки 4. При одновременной работе виброактиваторов в очистном пространстве образуется одна общая зона потока руды, по площади охватывающая весь блок сечением более 200 м².

Подэтажная отбойка позволяет качественно дробить руду и, как следствие, магазинировать однородный сыпучий материал крупностью не более 300 мм или поперечным сечением площадью порядка 0,09 м². Такая площадь поперечника частицы сыпучего материала составляет примерно 1/20000 доли площади потока, что гарантирует выпуск без зависаний, как это бывает при выпуске песка через большие отверстия. Равномерно распределенные в блоке виброактиваторы 8 обеспечивают равные скорости движения частиц как внутри, так и на периферии потока. За цикл всеми (например шестью) виброактиваторами может быть выпущено около 100 м³ руды в течение 3-5 мин, что является хорошей предпосылкой к высокой производительности блока.

После выпуска руды (заполнения объема этажной транспортной выработки) виброактиваторы отключают и ведут отгрузку выпущенной руды погрузочно-доставочными машинами. Затем повторяют объемный дозированный выпуск руды из блока включением в работу всех виброактиваторов с последующей отгрузкой погрузочно-доставочными машинами до полного выпуска руды из блока.

При отработке месторождений этажным обрушением известными техническими приемами ведется выемка компенсационных полостей и камер. При этом из блока вынимается от 10 до 40 запасов руды. Нижний предел 10% определяется величиной необходимой компенсации для осуществления разрыхления при взрывании массива. При меньших объемах компенсации разрушение массива не происходит. Верхний предел 40% определяется исключением перемешивания руды налегающими породами при взрывании за счет неравномерной плотности массива отбитой руды. После отбойки руды в блоке на всю высоту этажа подготовка блока к выпуску с установкой виброактиваторов и одновременный дозированный вибровыпуск и погрузка ведутся приемами, описанными выше.

Такая технология выпуска замагазинированной руды позволит максимально уменьшить засорение руды пустыми породами. Для сокращения потерь руды после выпуска замагазинированной руды подэтажным обрушением отрабатывают запасы руды над транспортной выработкой. Целик над этажной транспортной выработкой вынимают подэтажным обрушением. Все это в совокупности позволяет уменьшить до минимума потери руды.

Сущность изобретения: проводят деление месторождения по вертикали на этажи и подэтажи, этажные и подэтажные выработки, подэтажную отбойку, выпуск, доставку руды, погрузку и транспортировку руды на этажах. При этом во время подэтажной отбойки руды ведут ее частичный выпуск и погрузку, а замагазинированную руду в пределах этажа выпускают вертикальными блоками, для чего над этажной транспортной выработкой блока проходят две параллельные дополнительные подэтажные выработки, которые соединяют с ней наклонными сбойками и по мере отработки каждой дополнительной подэтажной выработки в них устанавливают виброактиваторы. Затем начинают выпускать замагазинированную руду в блоке на этажную транспортную выработку периодическим и одновременным включением всех виброактиваторов блока до заполнения этажной транспортной выработки с последующим отключением виброактиваторов. Ведут отгрузку руды из этажной транспортной выработки, повторяя эти операции до полного выпуска замагазинированной руды в блоке, после чего отрабатывают целик над этажной транспортной выработкой. 5 ил.

Способ разработки месторождений с обрушением и выпуском руды под покрывающими породами, включающий деление месторождения по вертикали на этажи и подэтажи, проходку этажных и подэтажных выработок, отбойку, выпуск, доставку руды, погрузку и транспортировку руды на этажах, отличающийся тем, что во время отбойки руды ведут ее частичный выпуск и погрузку, а замагазинированную в пределах этажа руду выпускают вертикальными блоками, для чего над этажной транспортной выработкой блока проходят две параллельные дополнительные подэтажные выработки, которые соединяют с ней наклонными сбойками и по мере отработки каждой дополнительной подэтажной выработки в них устанавливают виброактиваторы, затем начинают выпускать замагазинированную руду в блоке на этажную транспортную выработку периодическим и одновременным включением всех виброактиваторов блока до заполнения этажной транспортной выработки с последующим отключением виброактиваторов и ведут отгрузку руды из этажной транспортной выработки, повторяя эти операции до полного выпуска замагазинированной руды в блоке, после чего отрабатывают целик над этажной транспортной выработкой.