СПОСОБ РАЗРАБОТКИ МОЩНЫХ ПЛАСТОВ КАЛИЙНО-МАГНИЕВЫХ СОЛЕЙ Российский патент 1998 года по МПК E21C41/20 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке пластовых месторождений, представленных мощными пластами, в том числе и опасными по газодинамическим условиям.

Известен способ разработки мощных (m = 6 - 12 м) карналлитовых пластов камерной системой с шириной камер (a = 8,0 м), отбойкой руды буровзрывным способом и оставлением "жестких" ленточных целиков шириной 18 - 19 м (Технологические схемы разработки калийно-магниевых солей. г. Пермь, 1989, с. 64 - 68). Данный способ имеет ряд существенных недостатков:
доля тяжелого ручного труда при добыче руды составляет 80 - 90%:
труд при разработке пластов - низкопроизводительный (9 - 11 т чел/смену),
большие потери полезного ископаемого в недрах (70 - 80%),
большие динамические пригрузки на несущие конструкции системы при взрывах,
частные случаи обрушений пород и газодинамических явлений в горных выработках (300 - 600 явл./год).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ разработки мощных калийно-магниевых пластов комбайнами с оставлением ленточных межходовых и междукамерных целиков (сборник ВНИИГ, С-Петербург, 1990, с. 5 - 11). К основным недостаткам указанного способа относятся:
низкий уровень извлечения полезного ископаемого из недр (22-25%),
неустойчивое состояние кровли камер, выражающееся в заколообразованиях и обрушениях пород из-за различной "жесткости" пород кровли и междукамерных целиков,
сложность поддержания в безопасном состоянии кровли и стенок камер,
необходимость постоянной сборки пород кровли, что приводит к снижению производительности труда, удорожанию и разубоживанию руды,
способность пород междукамерных целиков концентрировать значительный запас потенциальной энергии, т.к. в рассматриваемых условиях породы целиков находятся в объемном напряженном состоянии и при возникновении мощного внешнего импульса возможно лавинообразное динамическое разрушение несущих конструкций (целиков).

Технический результат изобретения заключается в повышении безопасности горных работ при увеличении извлечения полезного ископаемого.

Указанный технический результат заключается в том, что в способе разработки мощных пластов калийно-магниевых солей, включающем отработку полезного ископаемого камерами с оставлением междукамерных ленточных целиков, при этом в предварительно дегазированном верхнем слое проектного контура междукамерных целиков формируют податливые целики проходкой разрезных выработок по оси междукамерных целиков и последующей отработкой запасов камер, осуществляемой с отставанием от проходки разрезных выработок, определяемыми из соотношения:

где
L - величина оставания отработки камеры от проходки разрезной выработки, м;
v_ор - скорость подвигания работ по пласту, м/сут;
n_в - высота разрезной выработки, м;
- допустимые деформации пород податливых целиков, мм;
- скорость деформации пород податливых целиков, мм/сут.

Причем отработку запасов камер осуществляют после дегазации верхнего слоя пласта в пределах проектного контура камер, располагая кровлю камер и разрезных выработок на одном уровне, при этом высота разрезных выработок вдвое меньше ширины податливых целиков.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 - схема геомеханических процессов при отработке мощного пласта камерами большого сечения; на фиг. 2 - схема геомеханических процессов при отработке мощного пласта камерами большого сечения с частичной разрезкой междукамерных целиков.

При существующей схеме (фиг. 1) отработки пластов камерами большого сечения 1, мощные ленточные междукамерные целики 2 практически не деформируются, кровля камера, как правило, представлена слоями разнопрочных пород различной (0,3 - 2 м) мощности, разделенных глинистыми прослойками. Эти слои под действием собственного веса и бокового распора прогибаются 4 быстрее чем деформируются целики, происходит трещинообразование, заколообразование, обрушение пород кровли.

В краевых частях приконтурных породах 5 целиков, из-за перераспределения напряжений, возникают напряжения, равные KγH (K>1) 6, в результате чего ядро целика 3 способно концентрировать большие запасы потенциальной энергии. При возникновении внешнего динамического импульса (взрыв, землетрясение) возможен переход потенциальной энергии в кинематическую с катастрофическими последствиями, соответственно снимается безопасность работ.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом (фиг. 2) на примере разработки карналлитового пласта B_к на рудниках Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей.

Перед выемкой руды в очистных камерах 1 пласта B_к мощностью 8 - 12 м по оси будущих междукамерных целиков 2, в верхней их части, проходится разрезная выработка 7 (один ход комбайном) от выемочного до вентиляционного штреков.

Разрезка междукамерных целиков в верхней их части производится после предварительной дегазации пород, осуществляемой путем сотрясательных (комуфлетных) взрывов в глубоких скважинах, буримых в грудь забоя в пределах контура будущей разрезной выработки. Сотрясательное взрывание предупреждает выбросы соли и газа и нарушает сплошность приконтурных пород, увеличивается их податливость.

После проходки разрезной выработки производится предварительная дегазация верхней части пласта в пределах будущей камеры. Для чего перпендикулярно в стенки разрезной выработки бурят глубокие скважины и производят сотрясательное взрывание. Следующим этапом осуществляется очистная выемка полезного ископаемого в камере.

Размеры разрезной выработки, ее сечение, ее параметры податливых 9 целиков (их ширина и высота) выбираются с таким расчетом, чтобы податливость целиков обеспечивала плавное оседание 8 пород кровли камер, т.е. скорость деформирования податливых целиков должна быть равна (близка) скорости прогиба пород кровли камер.

Прогиб кровли во времени может быть рассчитан по эмпирико-аналитической формуле:

а продольное сжатие целиков - "ножей" 9 по формуле:

где

δ₀ - упругий прогиб кровли, мм;
a - ширина разрезной выработки, м;
b - ширина целика "ножки" м;
h - высота камеры, м;
m - мощность непосредственной кровли камеры, м;
σ_сж - прочность пород на одно сжатие, МПа;
γ - удельный вес пород, т/м³;
H - глубина заложения камеры от поверхности, м;
t - время, год;
ω - коэффициент извлечения полезного ископаемого из недр

- упругое сжатие целика, мм
Параметры "a", "b" и "h" выбираются таким образом, чтобы в процессе разработки пласта δ ≃ Δh в этом случае будет обеспечиваться устойчивость кровли камер и в целом достигаться необходимый технический результат, кроме того деформирование междукамерных целиков (с учетом их порезки) фактически разбивается на два этапа: в первый период (1,5 - 2 года) деформируются податливые целики 9, а на второй стадии деформируется основная несущая часть целика 10 (зона Б, фиг. 2). Такой двухстадийный процесс деформирования междукамерных целиков и оседаний пород водозащитной толщи (ВЗТ) способствует предупреждению динамических проявлений горного давления и нарушений сплошности В31.

Предлагаемый вариант системы разработки позволяет: избежать опасных концентраций напряжений в породах междукамерных целиков, добиться плавного деформирования пород кровли без заколообразований и обрушений, повысить производительность и экономическую эффективность труда, извлечение полезного ископаемого из недр и безопасность работ.

Способ разработки мощных пластов калийно-магниевых солей позволяет повысить безопасность горных работ при увеличении извлечения полезного ископаемого и может быть использован при разработке пластовых месторождений, в том числе и опасных по газодинамическим явлениям. Для этого, в предварительно дегазированном верхнем слое проектного контура междукамерных целиков формируют податливые целики проходкой разрезных выработок по оси междукамерных целиков последующей отработкой запасов камеры, осуществляемой с отставанием от проходки разрезных выработок, определяемым из соотношения, причем отработку запасов камер осуществляют после дегазации верхнего слоя пласта в пределах проектного контура камер, располагая кровлю камер и разрезных выработок на одном уровне, при этом высота различных выработок вдвое меньше ширины податливых целиков. 2 ил.

Способ разработки мощных пластов калийно-магниевых солей, включающий отработку полезного ископаемого камерами с оставлением междукамерных ленточных целиков, отличающийся тем, что в предварительно дегазированном верхнем слое проектного контура междукамерных целиков формируют податливые целики проходкой разрезных выработок по оси междукамерных целиков и последующей отработкой запасов камер, осуществляемой с отставанием от проходки разрезных выработок, определяемым из соотношения

где L - величина отстаивания отработки камеры от проходки разрезной выработки, м;
v_o p - скорость подвигания работ по пласту, м/сут;
h_b - высота разрезной выработки, м;
- допустимые деформации пород податливых целиков, мм;
- скорость деформирования пород податливых целиков, мм/сут,
причем отработку запасов камер осуществляют после дегазации верхнего слоя пласта в пределах проектного контура камер, располагая кровлю камер и разрезных выработок на одном уровне, при этом высота разрезных выработок вдвое меньше ширины податливых целиков.