СПОСОБ РАЗРАБОТКИ НАКЛОННЫХ РУДНЫХ ТЕЛ Российский патент 1998 года по МПК E21C41/22 

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при разработке наклонных рудных тел, преимущественно средней мощности. Наиболее целесообразно этот способ применять при вкрапленных рудах, когда выемочные контура определяются по данным опробования, а оставшиеся за контуром породы являются металлоносными.

Известен способ разработки наклонных рудных тел, включающий разделение выемочного участка на камеры, ориентированные по падению, оформление подсечного пространства в нижней части камеры с формированием под подсечным пространством, в подстилающих породах, рудоприемных выработок, бурение взрывных скважин из наклонного бурового восстающего, пройденного по контакту лежачего бока, и послойную отбойку руды со взрывной доставкой ее в рудоприемные выработки с подвиганием очистного забоя по восстанию рудного тела (Именитов В.Р. Процессы подземных горных работ при разработке рудных месторождений. - М.: Недра, 1984, 504 с.). При этом дальность отбрасывния руды в очистном пространстве определяется как сумма двух составляющих: дальности перемещения по воздуху (первая стадия взрывной доставки) и дальности скользящего перемещения по почве очистного пространства (Бронников Д.М. и др. Взрывная доставка руды в шахтах. М.: Недра, 1972, с. 51).

Недостаток этого технического решения связан с тем, что в первой стадии взрывной доставки куски руды выбрасываются в очистное пространство под отрицательным углом к горизонтали, вследствие чего полет их происходит по баллистической траектории, не являющейся оптимальной и не обеспечивающей максимально возможной в данных условиях дальности отбрасывания. При отбойке удаленных от рудоприемных выработок слоев этот недостаток проявляется в наибольшей степени (несмотря на высокий удельный расход ВВ, обеспечивающий большую начальную скорость выброса, значительная часть руды не достигает рудоприемных выработок). Для доставки оставшейся на почве очистного пространства руды в рудоприемные выработки используют специальное оборудование (бульдозер с дистанционным управлением или скреперную установку), отличающееся малой производительностью при значительной длине камеры и не обеспечивающее достаточно полной зачистки отбитой руды.

Известен способ разработки наклонных рудных тел, включающий выемку ориентированных по падению камер путем послойной отбойки руды веерными комплектами скважин с одновременным воздействием в одном направлении (вниз по падению) метательной силы взрыва и транспортирующего действия водного потока, распределенного по всей ширине камеры (взрывогидродоставка) (см. авт.св. СССР N 275939 от 17.02.1969, Бюл. изобр. 1970, N 23).

Недостаток этого решения - повышенная обводненность горных выработок, необходимость сооружения специальных емкостей для накопления воды в верхней части наклонной камеры.

Известен также способ разработки наклонных рудных тел, включающий разделение выемочного участка на камеры, ориентированные по падению, оформление подсечного пространства в нижней части камеры с формированием под подсечным пространством, в подстилающих породах, рудоприемных выработок, бурение скважин из наклонного бурового восстающего, пройденного по контакту лежачего бока, и послойную отбойку руды со взрывной доставкой ее в рудоприемные выработки (Метод направленного взрывания при разработке пологих и наклонных залежей/ Кузнецов П.А. и др.-В сб. Совершенствование систем разработки и управление добычей и качеством руд при подземной разработке рудных месторождений.- М.: МГИ, 1982, с. 15 - 19).

Недостаток этого технического решения состоит в том, что при взрывных работах формируется чрезвычайно неровная поверхность почвы очистного пространства, что негативно влияет на дальность скользящего перемещения руды во второй стадии взрывной доставки. Кроме того, улучшение баллистической траектории полета кусков имеет место только для половины высоты слоя, тогда как при отбойке удаленных слоев важно обеспечить благоприятную траекторию полета всей руды, отбитой в слое. Кроме того, вследствие раздельной (по высоте) отбойки рудного массива заряжение скважин в нижней половине массива происходит в опасной близости к обнажившейся верхней части забоя, что с точки зрения безопасности работ недопустимо.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое решение, является повышение полноты взрывной доставки при отбойке удаленных от рудоприемных выработок слоев руды. Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, выражается в увеличении дальности отбрасывания руды в очистном пространстве.

Для решения поставленной задачи способ разработки наклонных рудных тел, включающий разделение выемочного участка на камеры, ориентированные по падению, оформление подсечного пространства в нижней части камеры с формированием под подсечным пространством, в подстилающих породах, рудоприемных выработок, бурение скважин из наклонного бурового восстающего, пройденного по контакту лежачего бока, и послойную отбойку руды со взрывной доставкой ее в рудоприемные выработки, отличается тем, что отбойку слоев руды ведут с присечкой пород кровли в объемах, достаточных для придания поверхности последней профиля, соответствующего траектории полета наиболее высоколетящих кусков руды, отбиваемой из последнего слоя камеры, при их перемещении через пространство ранее отбитых слоев, если выемочная мощность рудного тела на участке полета меньше высоты полета, причем при отбойке удаленных от рудоприемных выработок слоев плоскость всего забоя ориентируют наклонно под острым углом к лежачему боку в сторону массива.

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признак "отбойку слоев руды ведут с присечкой пород кровли в объемах достаточных для придания поверхности последней профиля, соответствующего траектории полета наиболее высоколетящих кусков руды, отбиваемой из последнего слоя камеры, при их перемещении через пространство ранее отбитых слоев, если выемочная мощность рудного тела на участке полета меньше высоты полета", обеспечивает непосредственное улучшение баллистической трактории полета кусков и, в результате, увеличение дальности отбрасывания руды в очистном пространстве.

Признак "при отбойке удаленных от рудоприемных выработок слоев плоскость всего забоя ориентируют наклонно под острым углом к лежачему боку в сторону массива" обеспечивает направление вектора начальной скорости выбрасываемых кусков под положительным углом к линии горизонта, что создает условия для улучшения баллистической траектории полета всей руды, отбитой в слое.

Совместный анализ признаков предлагаемого решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".

На фиг. 1 схематично показан общий вид камеры в разрезе по падению на стадии начала образования криволинейной поверхности кровли очистного пространства; на фиг. 2 - то же на стадии отбойки удаленных от рудоприемных выработок слоев с наклонным забоем к лежачему боку; на фиг.3 - расчетная схема, для определения параметров отбойки.

На чертежах показаны: откаточный штрек 1, доставочный штрек 2, короткий рудоспуск 3, рудоприемные воронки 4, наклонный буровой восстающий 5, горизонтальная сбойка 6 с вентиляционным штреком 7, верхняя проектная граница отрабатываемой камеры 8, контакт рудного тела по висячему боку 9, проектный контур криволинейной поверхности кровли 10, точка 11 на контуре криволинейной поверхности, максимально удаленная от контакта 9, условная граница 12, проходящая через точку 11 по нормали к нижнему контакту рудного тела 19, скважины 13, предназначенные для послойной отбойки руды в наклонной камере, отбиваемые слои руды 14, открытое очистное пространство 15, подсечное пространство 16, скважины 17, предназначенные для отбойки руды в подсечном пространстве, подсечной штрек 18, линия горизонта 20, направление выброса кусков 21, траектория 22 полета кусков в очистном пространстве.

Способ осуществляется в следующем порядке. Подготовка выемочного участка к отработке сводится к проведению откаточного штрека 1, доставочного штрека 2, короткого рудоспуска 3, наклонного восстающего 5 у лежачего бока залежи, горизонтальной сбойки 6 с вентиляционным штреком 7, подсечного штрека 18.

Очистные работы начинают с отработки запаса руды в подсечном пространстве 16 путем взрывания скважин 17, пробуриваемых из подсечного штрека 18. Одновременно известным образом оформляют рудоприемные воронки 4 в нижней части камеры. Далее приступают к отбойке слоев руды 14 в наклонной камере путем взрывания веерно расположенных скважин 13 с доставкой руды силой взрыва в рудоприемные воронки 4. Одновременно с отбойкой и доставкой руды происходит оформление криволинейной поверхности кровли очистного пространства за счет того, что скважины 13 каждого веера перебуривают за пределы контакта рудного тела 9 с висячим боком до проектного криволинейного контура 10. При этом отбиваемые слои 14 ориентируют по нормали к контакту 19 с лежачим боком. Такое ориентирование слоев выдерживают до условной границы 12, проходящей через точку 11, которая лежит в "верхней" части криволинейного контура кровли, по нормали к нижнему контакту 19. Вследствие незначительного удаления забоя от рудоприемных выработок и планомерного увеличения удельного расхода ВВ согласно известным рекомендациям дальность и полнота взрывной доставки здесь являются удовлетворительными.

За пределами контура 12 по восстанию залежи веера скважин начинают ориентировать под острым углом (угол β ) к контакту 19, увеличивая наклон по мере удаления слоев от рудоприемных выработок. Этим наклоном и дополнительным свободным пространством в кровле залежи создаются условия для улучшения баллистической траектории полета кусков в открытом очистном пространстве 15 и, в результате, обеспечивается увеличение дальности отбрасывания отбитой руды. Наиболее значительно это увеличение проявляется при отбойке наиболее удаленных по восстанию слоев (у верхней границы камеры 8). Здесь выброс кусков руды происходит под положительным углом (направление 21) к линии горизонта 20 и они перемещаются по оптимальной в данных условиях траектории 22.

Положение линии 12 определяется графическим путем при проектировании данной технологической схемы в конкретных условиях. Для этого рассчитываются координаты трех точек параболы, описывающей траекторию полета кусков руды, отбитых из последнего слоя. Такими точками являются точка A с координатами [x₁, y₁], точка E [x₂, y₂] и точка O' [x₃, y₃] (фиг. 3).

Координаты точки A определяются по формулам

где
h - высота отбиваемого слоя по нормали к контактам залежи, м;
α - угол падения рудного тела, град.;
θ - угол наклона отбиваемого слоя к линии падения рудного тела, град.

Координаты точки E определяются по формулам

где
D' - горизонтальная дальность отбрасывания (до точки пересечения с горизонтальной осью X)

где
g - ускорение свободного падения, м/с².

Величина F определяется из выражения
F = 2v20

Параметр Y_E есть расстояние по вертикали от точки A до линии горизонта (оси x)

Вторая координата точки E - y₂=0.

Координаты точки O' определяются из выражений

где
L_g - расстояние доставки (расстояние от отбиваемого слоя до края рудоприемных выработок), м.

Для построения параболы используем формулу (уравнение параболы)
ax² + bx + c = y,
где а, b и с - численные коэффициенты.

Значения коэффициентов находим из следующих выражений:

Положение точки 11 определяют путем проведения касательной к параболе таким образом, чтобы данная касательная была параллельна линии кровли. Эта точка согласно фиг. 3 и определяет положение линии 12.

Максимальный угол наклона θ_max определится из экономических соображений с учетом экономического ущерба от разубоживания руды при подработке пород кровли и от потерь части руды в Δ АОТ' в верхней части камеры. Эти потери, примыкающие к верхнему целику, связаны именно с наклонным положением забоя.

Угол наклона i-го веера

где N_i номер i-го веера (i = 1 для первого наклонного веера после линии 12);
N_н - количество наклонных вееров скважин.

где
l₁₂ - расстояние от края рудоприемных выработок до линии 12;
W - линия наименьшего сопротивления.

Изобретение может быть использовано при разработке наклонных рудных тел, преимущественно средней мощности, при вкрапленных рудах, когда выемочные контура определяются по данным опробования, а оставшиеся за контуром породы являются металлоносными. Способ включает разделение выемочного участка на камеры, ориентированные по падению, оформление подсечного пространства в нижней части камеры с формированием под подсечным пространством в подстилающих породах рудоприемных выработок, бурение скважин из наклонного бурового восстающего, пройденного по контакту лежачего бока, и послойную отбойку руды со взрывной доставкой ее в рудоприемные выработки. При этом отбойку слоев ведут с присечкой пород кровли в объемах, достаточных для придания поверхности последней профиля, соответствующего траектории полета наиболее высоколетящих кусков руды, отбиваемой из последнего слоя камеры, при их перемещении через пространство ранее отбитых слоев, если выемочная мощность рудного тела на участке полета меньше высоты полета, причем при отбойке удаленных от рудоприемных выработок слоев плоскость всего забоя ориентируют наклонно под острым углом к лежачему боку в сторону массива. Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, выражается в увеличении дальности отбрасывания руды в очистном пространстве. 3 ил.

Способ разработки наклонных рудных тел, включающий разделение выемочного участка на камеры, ориентированные по падению, оформление подсечного пространства в нижней части камеры с формированием под подсечным пространством в подстилающих породах рудоприемных выработок, бурение скважин из наклонного бурового восстающего, пройденного по контакту лежачего бока, и послойную отбойку руды со взрывной доставкой ее в рудоприемные выработки, отличающийся тем, что отбойку слоев руды ведут с присечкой пород кровли в объемах, достаточных для придания поверхности последней профиля, соответствующего траектории полета наиболее высоколетящих кусков руды, отбиваемой из последнего слоя камеры, при их перемещении через пространство ранее отбитых слоев, если выемочная мощность рудного тела на участке полета меньше высоты полета, причем при отбойке удаленных от рудоприемных выработок слоев плоскость всего забоя ориентируют наклонно под острым углом к лежачему боку в сторону массива.