СПОСОБ РАЗРАБОТКИ МОЩНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КРЕПКИХ РУД НА БОЛЬШИХ ГЛУБИНАХ Российский патент 2002 года по МПК E21C41/22 F42D3/04 

Предлагаемое изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной отработке месторождений крепких руд на больших глубинах, в том числе в удароопасном массиве и в условиях повышенного горного давления.

Для отбойки крепких руд требуется повышенный расход взрывчатого вещества (ВВ), что увеличивает объем скважин, необходимых для размещения зарядов ВВ. Кроме того, бурение скважин в крепких породах - малопроизводительный процесс.

Известно, что качественное дробление руды можно получить и с применением сосредоточенных (минных) зарядов ВВ. При этом наблюдается небольшое увеличение расхода ВВ на 1 т добытой руды (на 15-20%). Экономические расчеты показывают, если выработки, где размещают минные заряды, проходят ограниченного сечения с небольшими затратами (например, восстающие выработки, пройденные по трассе выработки секционным взрыванием комплекта скважин), то перерасход ВВ на отбойки с использованием минных зарядов ВВ в несколько раз перекрывается получаемым экономическим эффектом.

Известен способ отработки блоков на больших глубинах (см. патент РФ 2029868, Е 21 С 41/22, опубл. в БИ 6 за 1995 г.), включающий подготовку блоков проведением подготовительных и нарезных выработок, определение направлений максимальных главных напряжений в рудном массиве, формирование компенсационных камер и отбойку на них запасов руды блока концентрическими вертикальными слоями с встречным радиально направленным выбросом отбитой руды. Компенсационные камеры выполняют по направлению максимальных главных напряжений в рудном массиве в шахматном порядке, при этом образование компенсационных камер производят различного объема с круглой формой поперечного сечения.

Недостатком известного способа является большая трудоемкость бурения скважин для отбойки руды при использовании его в крепких рудах. При отбойке руды в блоке нарушаются выработки днища блока, что ведет к дополнительным затратам на ремонтно-восстановительные работы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ отработки рудных месторождений (см. а.с. СССР 1752961, Е 21 С 41/22, опубл. в БИ 29 за 1992 г.), включающий проходку нарезных и подготовительных выработок, формирование многорядных восстающих взрывных выработок с расстоянием между ними в ряду, определяемым в зависимости от диаметра выработки, плотности заряжания и удельного расхода ВВ на отбойку, образование компенсационных полостей, заряжание восстающих выработок зарядами ВВ, отбойку руды взрыванием зарядов ВВ во взрывных выработках на компенсационные полости и зажатую среду и выпуск руды, причем компенсационные полости образуют в восстающих выработках каждого ряда через одну, заряды ВВ формируют в оставшихся смежных восстающих выработках, при этом компенсационные полости и заряды по высоте смежных восстающих выработок оформляют в шахматном порядке, а расстояние между восстающими выработками в ряду, между рядами выработок, между зарядами ВВ и компенсационными полостями в смежных восстающих выработках по их высоте принимают одинаковой величины.

Недостатком известного способа является то, что отбойка руды минными зарядами ВВ разрушает пройденные выработки в днище блока, что ведет к дополнительным затратам на ремонтно-восстановительные работы в выработках транспортного горизонта и днища блока. Кроме того, используют одни и те же восстающие выработки для размещения сосредоточенных минных зарядов ВВ и в качестве компенсационной полости в крепких рудах. Минный заряд ВВ имеет ограниченный объем и для его размещения требуются восстающие выработки ограниченного сечения, не более 1 м². При использовании восстающих выработок в качестве компенсационных полостей их проходят как можно большего сечения. Объем компенсационных полостей (восстающих) для нормальной отбойки (без переуплотнения) должен быть не менее 15% объема отбитой руды в блоке, что требует большого количества восстающих выработок или большого их сечения. В условиях отработки крепких руд то и другое нецелесообразно. Размещение минного заряда ВВ в восстающей выработке большого сечения усложняет процесс зарядки.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение затрат на ремонтно-восстановительные работы в выработках транспортного горизонта и днища после обрушения руды в блоке.

Поставленная задача решается следующим способом. В способе разработки мощных месторождений крепких руд на больших глубинах, включающем отработку рудного тела непрерывным очистным забоем без оставления целиков, проходку горно-подготовительных и нарезных выработок на буровом и транспортном горизонтах, образование днища блока, проходку восстающих выработок и формирование в них рассредоточенных по высоте минных зарядов ВВ, взрывание этих зарядов на компенсационные полости и зажатую среду, выпуск отбитой руды через днище блока, согласно техническому решению в основании блока на высоте, равной высоте днища блока, проходят по меньшей мере одну горизонтальную минную выработку и колодцы в ней для размещения минных зарядов ВВ, а из нарезных выработок бурового горизонта бурят комплекты скважин до горизонтальной минной выработки и секционным взрыванием зарядов ВВ в них образуют восстающие выработки с отгрузкой горной массы через горизонтальную минную выработку, затем ведут формирование рассредоточенных по высоте минных зарядов ВВ в восстающих выработках и закладку минных зарядов ВВ в колодцы горизонтальной минной выработки и взрыванием всех минных зарядов ВВ обрушают руду в блоке на зажатую среду и компенсационные полости, после чего проходят горно-подготовительные и нарезные выработки днища блока и оформляют выпускные выработки днища с операциями по подсечке отбитой руды в блоке минными зарядами ВВ, затем ведут выпуск отбитой руды через выпускные выработки днища блока.

Существенными отличиями предлагаемого технического решения являются следующие.

В основании блока на высоте, равной высоте днища блока, проходят по меньшей мере одну горизонтальную минную выработку и колодцы в ней для размещения минных зарядов ВВ.

Это обеспечивает точное оконтуривание основания блока на вполне определенном уровне. Размещение зарядов ВВ в колодцах, пройденных из горизонтальной минной выработке, позволит не только точно их разместить по площади блока, но и качественно зарядить (доставить и добротно уложить необходимое количество ВВ в колодец). Все выше указанное обеспечивает равномерное размещение необходимого количества ВВ для разрушения массива в районе подсечки блока. Исследованиями установлено, что от качества подсечки блока зависит полнота разрушения нижней части блока и крупность дробления руды. Целесообразно для отбойки руды в нижней части блока идти на повышенный расход ВВ в пределах 10-15%, что обеспечивает более качественное дробление руды в блоке. Размещение зарядов ВВ в колодцах горизонтальной минной выработки позволит с минимальными затратами размещать повышенное количество ВВ по сравнению с тем, если бы это количество ВВ располагалось во взрывных скважинах. Бурение скважин и зарядка их ВВ - весьма трудоемкие операции. По этим причинам на практике не стремятся к сокращению ВВ на отбойку массива. Повышенный расход ВВ не значительно удорожает процесс отбойки. Если есть куда разместить ВВ, на практике идут на перерасход ВВ. В данном примере есть выработка, в которую можно заложить любое необходимое количество ВВ с минимальными затратами на зарядку.

Из нарезных выработок бурового горизонта бурят комплекты скважин до горизонтальной минной выработки и секционным взрыванием зарядов ВВ в них образуют восстающие выработки с отгрузкой горной массы через горизонтальную минную выработку.

Технология проходки восстающих выработок секционным взрыванием скважинных зарядов ВВ в комплекте скважин с отгрузкой горной массы через горизонтальную минную выработку позволит пройти все необходимые восстающие выработки без сложной системы выработок днища блока, которые используют при существующем способе подготовки блока, что сократит время на подготовку блока и снизит расходы на поддержание выработок.

Затем ведут формирование рассредоточенных по высоте минных зарядов ВВ в восстающих выработках и закладку минных зарядов ВВ в колодцы горизонтальной минной выработки и взрыванием всех минных зарядов ВВ обрушают руду в блоке на зажатую среду и компенсационные полости.

Это позволяет более рационально разместить минные заряды ВВ в блоке и повысить качество дробления руды. Использование минных зарядов ВВ в горизонтальной минной выработке обеспечит надежную подсечку блока, а затем и качественное дробление руды в массиве блока. Количество ВВ в минных зарядах можно иметь любое, и, как показывает практика, при этом можно добиться качественного дробления крепких руд при надлежащем расходе ВВ на 1 м³ отбиваемого массива. При отбойке руды не всегда удается размещать необходимое количество ВВ в скважинах для качественного дробления из-за трудоемкости выбуривания объемов скважинами. Отбойка может вестись на зажатую среду; компенсационные полости; зажатую среду и компенсационные полости. В зависимости от горно-геологических и горно-технических условий изменяются количество ВВ в минных зарядах и расположение их в отбиваемом блоке.

После этого проходят горно-подготовительные и нарезные выработки днища блока и оформляют выпускные выработки днища с операциями по подсечке отбитой руды в блоке минными зарядами ВВ, затем ведут выпуск отбитой руды через выпускные выработки днища блока.

Проходка горно-подготовительных и нарезных выработок в днище блока после отбойки руды в блоке позволяет избежать разрушительного воздействия от взрыва минных зарядов ВВ при отбойке руды, при этом не потребуются ремонтно-восстановительные работы выработок. Кроме того, во время отбойки руды произойдет разгрузка массива в районе расположения днища, что упростит технологию проходки горных выработок, обеспечит безопасную работу в крепких породах, склонных к динамическим проявлениям. Высоты расположения горизонтальной минной выработки и колодцев должны быть больше, чем зона разрушения в нетронутом массиве горных пород. При оформлении выпускных выработок днища необходимо произвести подсечку отбитой руды в блоке минными зарядами ВВ, расположенными в горизонтальной минной выработке. Ввиду того что минные заряды ВВ располагают в выработках с конструктивно заданными параметрами, это позволит проектировать величину слоя подсечки отбитой руды. Качеству подсечки способствует интенсивная зона разрушения минных зарядов ВВ. Технология оформления выпускных выработок должна максимально использовать зоны разрушения около минных зарядов ВВ для снижения затрат по подсечке блока по всей площади, что в последующем обеспечит полноту выпуска отбитой руды.

На границе блока на высоте днища для образования компенсационных полостей желательно проходить дополнительную выработку.

При больших размерах блока, когда для отбойки руды требуются компенсационные полости, целесообразно для их образования проходить дополнительную выработку. Из этой дополнительной выработки производят обуривание массива руды в контуре компенсационной полости. Причем в зависимости от размеров блока может быть образовано несколько компенсационных полостей. Через дополнительную выработку ведут отгрузку попутно отбитой руды погрузочно-доставочными машинами или скреперными лебедками. Кроме того, из дополнительной выработки могут быть пройдены колодцы (заходки) для размещения зарядов ВВ в основании блока. Эти колодцы находятся в периферийной части основания блока и взрывание в них зарядов ВВ расширяет площадь подсечки блока. Чем равномернее (на большей площади) подсечен блок, тем качественнее можно обрушить руду. При отбойке руды в блоке дополнительную выработку погашают.

В выпускных выработках днища блока желательно монтировать вибрационные питатели, а отбитую руду из блока выпускать одновременным дозированным вибровыпуском.

При использовании технологии одновременного дозированного вибровыпуска отбитой руды в очистном пространстве блока образуют единый управляемый поток движущейся отбитой руды, обеспечивая минимальное засорение налегающими и боковыми пустыми породами, что снизит разубоживание и потери руды, которые могут составить 2-5%. Из существующей практики при способах с выпуском под покрывающими породами потери руды 10-15%, разубоживание до 25% и более.

Пример выполнения способа разработки мощных месторождений крепких руд на больших глубинах показан на фиг.1-5, где на:
фиг. 1 показана принципиальная схема разработки мощного месторождения крепких руд на большой глубине с отбойкой рассредоточенными по высоте минными зарядами ВВ на зажатую среду (вертикальный разрез вкрест простирания месторождения);
фиг.2 - то же, сечение I-I на фиг.1 во время подготовки очередного блока и отбойки руды;
фиг.3 - то же, сечение I-I на фиг.1 после отбойки руды в блоке и нарезки днища под отбитой рудой;
фиг. 4 - принципиальная схема разработки мощного месторождения крепких руд на большой глубине с проходкой дополнительной выработки на границе блока для образования компенсационной полости (вертикальный разрез вкрест простирания месторождения);
фиг.5 - то же, после отбойки руды в блоке в момент нарезки днища блока;
фиг. 6 - принципиальная схема разработки мощного месторождения крепких руд на большой глубине с отбойкой минными зарядами ВВ на компенсационную полость и зажатую среду во время подготовки блока к отбойке (вертикальный разрез по простиранию месторождения);
фиг.7 - то же, после отбойки руды в момент нарезки днища блока.

Предлагаемый способ разработки мощных месторождений крепких руд на больших глубинах может быть использован при отбойке руды на зажатую среду (фиг. 1-3) и при отбойке руды на компенсационные полости и зажатую среду (фиг.4-7).

Горно-подготовительные выработки на буровом горизонте 1 (фиг.1-3) и транспортном горизонте 2 проходят известными приемами. На буровом горизонте 1 на границе 3 (обозначена пунктирной линией) проходят буровой орт 4, из которого разбуривают комплекты скважин для проходки восстающих выработок 5 секционным взрыванием зарядов ВВ в комплектах скважин (комплекты скважин для технологии проходки восстающих выработок 5 не показаны).

В основании блока 6 на его границе 3 и высоте h, равной высоте днища 7 блока 6 (в днище 7 блока 6 входят все элементы, необходимые для выпуска, доставки и транспортировки отбитой руды в блоке 6), проходят горизонтальную минную выработку 8 и колодцы (заходки) 9 для размещения минных зарядов ВВ. При проходке восстающих выработок 5 всю попутно отбитую руду транспортируют по горизонтальной минной выработке 8 до рудоспуска 10. После проходки выработок 5 в них формируют рассредоточенные по высоте минные заряды 11 ВВ. Также формируют в колодцах 9 минные заряды 12 ВВ. Отбойку руды 13 производят на зажатую среду 14 из пустых пород. После отбойки руды 13 в блоке б образуют днище 7 (фиг.3). В днище 7 могут монтировать вибрационные питатели 15 для выпуска отбитой руды 13. Когда отбойку руды 13 в блоке 6 ведут на компенсационные полости 16 (фиг.4, 6), целесообразно на границе 3 блока 6 на высоте h, равной высоте днища 7, проходить дополнительную выработку 17 для образования компенсационных полостей 16. В зависимости от горно-технических условий может быть образовано несколько компенсационных полостей 16. Через дополнительную выработку 17 осуществляют обуривание массива руды 13 в компенсационной полости 16 и выдачу попутно отбитой руды 13 посредством погрузочно-доставочных машин или скреперных лебедок.

При больших размерах блока 6 могут быть пройдены две горизонтальные минные выработки 8 и два ряда восстающих выработок 5, в которых размещают рассредоточенные по высоте минные заряды 11, 12 ВВ. Отбойку руды 13 в блоке 6 посредством минных зарядов 11, 12 ВВ ведут на компенсационные полости 16 и зажатую среду 14 из пустых пород.

Днище 7 блока 6 (фиг.5) образуют после отбойки руды 13 путем проходки всех необходимых выработок для выпуска, доставки и транспортировки отбитой руды, вентиляции и т.д. Одновременно с оформлением днища 7 блока 6 производят подсечку блока 6 с отбитой рудой 13. В устойчивом массиве при рудах, не склонных к горным ударам, под блоком 6 может быть пройден транспортный орт 18 (фиг. 6, 7) и ограниченного сечения доставочные выработки 19 под трассу расположения компенсационной полости 16. Проходку компенсационной полости 16 осуществляют с выгрузкой попутно отбитой руды через транспортный орт 18. Отбойка руды 13 в блоке 6 ведется аналогично описанному выше. При оформлении днища 7 блока 6 используют ограниченного сечения доставочные выработки 19 для образования компенсационных полостей 16.

Способ разработки мощных месторождений крепких руд на больших глубинах осуществляют следующим образом.

В начальный период в блоке 6 проходят горизонтальную минную выработку 8 (фиг. 1). С бурового горизонта 1 из бурового орта 4 бурят комплекты скважин до горизонтальной минной выработки 8. Секционным взрыванием зарядов ВВ в комплектах скважин образуют восстающие выработки 5. Попутно отбитую руду при этом выдают через горизонтальную минную выработку 8 и рудоспуск 10 на транспортный горизонт 2. После этого проходят колодцы (заходки) 9 для размещения минных зарядов 12 ВВ в районе подсечки блока 6. При этом необходимо разместить минные заряды 12 ВВ таким образом, чтобы не только обеспечить разрушение основания блока 6, но и облегчить образование подсечки блока 6 и выпускных выработок в его днище 7. Производят формирование минных зарядов 11 ВВ в восстающих выработках 5 и укладку минных зарядов 12 ВВ в горизонтальной минной выработке 8. Желательно, чтобы к этому времени отбитая руда 13 была полностью выпущена, и выработки днища 7 исключены из использования и погашены. Затем производят дробление руды 13 в блоке 6 взрыванием минных зарядов 11,12 ВВ на зажатую среду 14 из пустых пород. Под отбитой рудой 13 (фиг.3) ведут образование днища 7.

Выпуск отбитой руды 13 ведут площадно дозированной технологией известными методами. Кроме того, выпуск отбитой руды 13 из блока 6 могут вести одновременным дозированным вибровыпуском. Для этого в одновременную работу включают все вибрационные питатели 15 в блоке 6 на 3-5 минут. Заполняют транспортную выработку отбитой рудой 13 под вибрационными питателями 15 (под каждым из них 5-20 т руды), после чего вибрационные питатели 15 отключают. Выпущенную на почву транспортной выработки отбитую руду 13 отгружают погрузочно-доставочными машинами. Одновременное включение в работу всех вибрационных питателей 15 в блоке 6 образует один общий поток отбитой руды 13 на всем очистном пространстве, что препятствует проникновению пустых пород сверху и сбоку.

Способ обеспечивает минимальные потери и разубоживание руды в пределах 2-5%. Отбойка минными зарядами 11, 12 ВВ уменьшает расходы на бурение скважин, оформление днища 7 блока 6 после отбойки руды 13, снижает расходы по креплению и поддержанию выработок днища 7 блока 6. Кроме того, проходка выработок днища 7 в разгруженном массиве исключает горные удары и создает безопасные условия труда.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной разработке крепких руд на больших глубинах. Способ разработки включает отработку рудного тела непрерывным очистным забоем без оставления целиков, проходку горно-подготовительных и нарезных выработок на буровом и транспортном горизонтах, образование днища блока, проходку восстающих выработок и формирование в них рассредоточенных по высоте минных зарядов взрывчатых веществ, взрывание этих зарядов на компенсационные полости и зажатую среду и выпуск отбитой руды через днище блока. В основании блока на высоте, равной высоте днища блока, проходят по меньшей мере одну горизонтальную минную выработку и колодцы в ней для размещения минных зарядов взрывчатых веществ, а из нарезных выработок бурового горизонта бурят комплекты скважин до горизонтальной минной выработки и секционным взрыванием зарядов взрывчатых веществ в них образуют восстающие выработки с отгрузкой горной массы через горизонтальную минную выработку. Затем ведут формирование рассредоточенных по высоте минных зарядов взрывчатых веществ в восстающих выработках и закладку минных зарядов взрывчатых веществ в колодцы горизонтальной минной выработки и взрыванием всех минных зарядов взрывчатых веществ обрушают руду в блоке на зажатую среду и компенсационные полости. Проходят горно-подготовительные и нарезные выработки днища блока и оформляют выпускные выработки днища с операциями по подсечке отбитой руды в блоке минными зарядами взрывчатых веществ, затем ведут выпуск отбитой руды через выпускные выработки днища блока. Изобретение позволяет снизить затраты на ремонтно-восстановительные работы в выработках транспортного горизонта и днища после обрушения руды в блоке. 2 з. п.ф-лы, 7 ил.

1. Способ разработки мощных месторождений крепких руд на больших глубинах, включающий отработку рудного тела непрерывным очистным забоем без оставления целиков, проходку горно-подготовительных и нарезных выработок на буровом и транспортном горизонтах, образование днища блока, проходку восстающих выработок и формирование в них рассредоточенных по высоте минных зарядов взрывчатых веществ, взрывание этих зарядов на компенсационные полости и зажатую среду и выпуск отбитой руды через днище блока, отличающийся тем, что в основании блока на высоте, равной высоте днища блока, проходят по меньшей мере одну горизонтальную минную выработку и колодцы в ней для размещения минных зарядов взрывчатых веществ, а из нарезных выработок бурового горизонта бурят комплекты скважин до горизонтальной минной выработки и секционным взрыванием зарядов взрывчатых веществ в них образуют восстающие выработки с отгрузкой горной массы через горизонтальную минную выработку, затем ведут формирование рассредоточенных по высоте минных зарядов взрывчатых веществ в восстающих выработках и закладку минных зарядов взрывчатых веществ в колодцы горизонтальной минной выработки и взрыванием всех минных зарядов взрывчатых веществ обрушают руду в блоке на зажатую среду и компенсационные полости, после чего проходят горно-подготовительные и нарезные выработки днища блока и оформляют выпускные выработки днища с операциями по подсечке отбитой руды в блоке минными зарядами взрывчатых веществ, затем ведут выпуск отбитой руды через выпускные выработки днища блока. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на границе блока, на высоте днища, для образования компенсационных полостей проходят дополнительную выработку. 3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что в выпускных выработках днища блока монтируют вибрационные питатели и отбитую руду из блока выпускают одновременным дозированным вибровыпуском.