Способ закладки выработанного пространства при разработке крутопадающих рудных залежей в нисходящем порядке Российский патент 2024 года по МПК E21F15/00 E21C41/22 

Изобретение относится к горнорудной промышленности и может быть использовано при разработке в нисходящем порядке крутопадающих рудных залежей горизонтальными слоями с гидрозакладкой выработанного пространства.

Известен способ закладки очистного пространства при нисходящей выемке крутопадающих залежей системой разработки горизонтальными слоями, заключающийся в сооружении на почве каждого отработанного слоя перекрытий на подвесных элементах и заполнении слоя твердеющей закладкой. Под защитой созданного искусственного массива отрабатывают нижележащий слой, который, в свою очередь, в том же порядке заполняют твердеющей закладкой или бетоном [А.с. SU 94141 A1, 01.01.1952, кл. Е21С 41/04].

Недостаток способа закладки с межслоевыми перекрытиями заключается в трудоемкости их сооружения, что значительно снижает эффективность применяемой технологии.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигнутому эффекту является способ закладки выработанного пространства [А.с. SU 998774 A1, 23.02.1983, кл. Е21F 15.08, кл. Е21С 41/04], включающий подачу закладочной смеси в камеру на гибкое перекрытие, опускание перекрытия с помощью системы тросов вместе с нижней частью закладочного массива на почву отработанного слоя, нагнетание воды в оставшуюся часть закладки и ее опускание, после чего производят дренаж воды из закладочного массива.

Недостатками известного способа являются следующие:

- в способе не учитывается необходимость соблюдения интервала между показателями влажности закладочного массива в естественном и водонасыщенном состоянии, что является определяющим фактором для осуществления предлагаемой технологии;

- в способе не учитывается требование быстрого насыщения закладки водой и последующего ее дренажа. Известно, что скорости протекания процессов в естественных условиях чрезвычайно малы, а в реальных условиях подземной разработки залежей в целях безопасности ведения горных работ необходимо максимально быстро заполнить отработанный слой закладкой;

- в способе не учитываются возможные нагрузки, испытываемые системой подвески гибкого перекрытия, что в условиях достижения ими максимальных величин, превышающих допустимые, непосредственно влияет на безопасность ведения горных работ.

Целью заявленного способа является повышение эффективности и безопасности ведения подземных горных работ.

Поставленная цель достигается тем, что в способе закладки выработанного пространства при разработке в нисходящем порядке крутопадающих рудных залежей, включающем подачу закладочной смеси в очистную выработку на гибкое перекрытие, его опускание с помощью системы тросов вместе с частью закладочного массива на почву отработанного слоя, нагнетание воды в оставшуюся часть закладки, ее опускание вниз на почву отработанного слоя и дренаж воды, массив закладки, имеющий естественную влажность W₁, сохраняет свою максимальную устойчивость до момента ослабления тросов подвески гибкого перекрытия, при этом подвеска испытывает нагрузку до «посадки» перекрытия на почву отработанного слоя только от веса (массы) некоторой части закладочного массива, представляющей собой по форме криволинейную призму, ограниченной сверху сводом естественного равновесия, а снизу - гибким перекрытием, затем в закладочный массив через напорные перфорированные трубопроводы нагнетается вода и его влажность быстро повышается до значения полного насыщения W₂, при котором закладочный материал теряет свою устойчивость, приобретает свойства плывуна и опускается в незаполненное закладкой пространство, после этого прекращается подача воды, производится натяжка системы подвески перекрытия и дренаж воды из закладочного массива до достижения в нем первоначальной влажности W₁, а подвеска гибкого перекрытия воспринимает нагрузку от веса (массы) всего закладочного массива, создавая условия для безопасного ведения очистных работ на новом слое.

Сущность способа поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана схема закладки выемочного слоя с использованием гибкого перекрытия; на фиг. 2 зафиксирован момент размещения гибкого перекрытия с частью закладочного массива с естественной влажностью на почве отработанного слоя.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом (фиг. 1). Очистная выработка (отработанный слой) 1 проходится под массивом закладки 2, который поддерживается гибким перекрытием 3, подвешенным на тросах 4. Закладочный массив создается из хвостов обогатительной фабрики без каких-либо вяжущих добавок. Гибкое перекрытие представляет собой двух-трехслойный настил из металлической сетки с диаметром ячеек 10х10 мм, который сверху покрывается прорезиненной тканью, обеспечивающей дренаж воды из закладочного массива. Перекрытие усиливается тросами подвески диаметром 28-32 мм, уложенными через 2-3 м. Способ подачи закладочного материала - гидравлический. Управление устойчивостью закладочного массива, а, следовательно, и кровлей очистного слоя основано на том, что закладочный материал обладает свойством изменять в зависимости от влажности некоторые свои прочностные характеристики.

Технологический цикл включает следующие операции. После отработки очередного слоя тросы подвески ослабляются и гибкое перекрытие вместе с частью закладочного массива 5 опускается на почву отработанного слоя. До этого момента массив закладки имеет естественную влажность W₁, обеспечивающую его максимальную устойчивость. Система подвески, таким образом, будет испытывать нагрузку только от некоторой отделившейся части закладочного массива, представляющей собой криволинейную призму, ограниченную сверху сводом естественного равновесия, а снизу - гибким перекрытием. Под действием этой нагрузки происходит опускание перекрытия на почву отработанного слоя. После этого в закладочный массив через напорные перфорированные трубопроводы 6 нагнетается вода и его влажность повышается до значения W_2, при котором закладочный массив теряет свою устойчивость. Водонасыщенный закладочный материал приобретает свойства плывуна и заполняет пространство 7, не заполненное до этого закладкой (фиг. 2). Затем прекращается подача воды, производится натяжка системы подвески перекрытия и дренаж закладочного массива до достижения в нем первоначальной влажности W₁. После этого под защитой перекрытия могут начинаться очистные работы на новом слое.

Такова принципиальная схема предложенной технологии. Как видно из описания, ее узловым моментом является определение нагрузок на систему подвески гибкого перекрытия при устойчивом состоянии закладочного массива и определение интервала влажностей массива для осуществления предлагаемой технологии.

Лабораторными исследованиями устойчивости закладочного материала в зависимости от его влажности методом физического моделирования установлено, что граничными условиями формирования свода естественного равновесия над отделяющейся от массива части закладочного материала для данного вида закладки (хвосты обогатительной фабрики без вяжущих добавок) является влажность W₁=6-7%, при которой появляются признаки образования свода, и влажность W₂=28%, соответствующая полному водонасыщению материала, при котором силы внутреннего трения настолько малы, что не в состоянии обеспечить устойчивость массива закладки.

При определении веса (массы), отделяющейся от массива части закладочного материала, представленного в виде призмы, площадь ее поперечного сечения считалась как площадь параболического сегмента с постоянным основанием, равным ширине модели. Высота сегмента равнялась высоте свода естественного равновесия, замеренного в ходе эксперимента. Результаты расчетов представлены ниже.

Результаты эксперимента по определению нагрузки на гибкое перекрытие (геометрический масштаб модели 1:10, а весовой масштаб 1:10³), переведенные в натурные и выраженные, как нагрузка Р на погонный метр слоя при ширине выработки 3 м и различной влажности массива, представлены ниже.

Из приведенных данных следует, что максимальные нагрузки, испытываемые гибким перекрытием, достигают величины, которые вполне могут выдержать стальные канаты диаметром 28-32 мм с трехкратным запасом прочности, что доказывает возможность применения предлагаемого способа на практике. При этом необходимо отметить, что эксперименты проведены при наихудших условиях, когда угол падения залежи принимался равным 90°. В случае наклонного падения залежи нагрузки будут еще меньше.

Изобретение относится к горнорудной промышленности и может быть использовано при разработке в нисходящем порядке крутопадающих рудных залежей горизонтальными слоями с гидрозакладкой выработанного пространства. Способ закладки выработанного пространства при разработке в нисходящем порядке крутопадающих рудных залежей включает проходку очистной выработки под массивом закладки, который поддерживается гибким перекрытием, подвешенным на системе тросов. После отработки очередного слоя ослабляют тросы подвески и опускают гибкое перекрытие вместе с частью закладочного массива на почву отработанного слоя, нагнетают воду в оставшуюся часть закладочного массива через напорные перфорированные трубопроводы и повышают влажность до значения полного насыщения W₂, при котором закладочный массив теряет свою устойчивость, приобретает свойства плывуна и опускается вниз в незаполненное закладкой пространство. Прекращают подачу воды, производят натяжку системы подвески тросов и дренаж воды из закладочного массива до достижения в нем первоначальной влажности W₁. Под защитой перекрытия начинают очистные работы на новом слое. Техническим результатом является повышение эффективности и безопасности ведения подземных горных работ. 2 ил.

Способ закладки выработанного пространства при разработке в нисходящем порядке крутопадающих рудных залежей включает проходку очистной выработки под массивом закладки, который поддерживается гибким перекрытием, подвешенным на системе тросов, после отработки очередного слоя ослабляют тросы подвески и опускают гибкое перекрытие вместе с частью закладочного массива на почву отработанного слоя, нагнетают воду в оставшуюся часть закладочного массива через напорные перфорированные трубопроводы и повышают влажность до значения полного насыщения W₂, при котором закладочный массив теряет свою устойчивость, приобретает свойства плывуна и опускается вниз в незаполненное закладкой пространство, после этого прекращают подачу воды, производят натяжку системы подвески тросов и дренаж воды из закладочного массива до достижения в нем первоначальной влажности W₁, после этого под защитой перекрытия начинают очистные работы на новом слое.