Способ укрепления борта карьера при комбинированной разработке пластовых месторождений Советский патент 1992 года по МПК E21C41/18 

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть преимущественно использовано при комбинированной разработке пластовых месторождений открытым и подземным способами.

Известен способ укрепления борта карьера при комбинированной разработке пластовых месторождений путем выпола- живания угла откоса с учетом снижения механических характеристик горных пород при подработке.

Недостатком этого способа является большой объем вскрышных работ.

Известен способ укрепления борта карьера при комбинированной разработке пластовых месторождений, включающий выполнение вскрышных работ и очистной выемки одного пласта открытв|м способом с построением потенциальных поверхностей

скольжения для борта карьера с минимально допустимыми коэффициентами запаса устойчивости совместно с проведением нарезных работ и очистной выемкой другого пласта подземным способом, с построением границ зоны трещин в подработанном массиве и упрочнением массива нарушенных пород путем нагнетания твердеющего раствора через скважины, пробуренные из горных выработок.

Недостатками указанного способа укрепления борта карьера являются значительные затраты на упрощение нарушенных пород и отсутствие контроля безопасности горных работ.

Цель изобретения - сокращение затрат на упрочнение нарушенных пород и обеспечение контроля безопасности горных работ.

Указанная цель достигается тем, что упрочнение массива нарушенных пород проVJN

сл ю

CJ СА

изводят в пределах зоны трещин на примыкающем к потенциальной поверхности скольжения участке шириной, определяемой из соотношения

а 2: bi 02,

где а - ширина упрочняемого участка горных пород;

bi, b2 - расстояний от потенциальной поверхности скольжения с минимальным коэффициентом запаса устойчивости для неподработанного массива до потенциальных поверхностей скольжения с минимальными коэффициентами запаса устойчивости для подработанного массива горных пород,

причем упрочнение пород начинают на участках, удаленных от подземного очистного забоя, на расстоянии, определяемом из соотношения

L Hctg V+ |обр,

где Н - расстояние по вертикали от пласта до места упрочнения пород;

j) угол полных сдвижений;

обр шаг обрушения пород основной кровли пласта.

Сопоставительный а нализ с известным способом приводит к выводу, что заявляемый способ отличается тем, что позволяет сократить затраты на упрочнение нарушенных пород и обеспечивает контроль устой- ЧЙЁОСТИ подработанного борта карьера, т.е. безопасность горных работ.

На фиг. 1 показаны пласты, совместно разрабатываемые открытым и подземным способами, вертикальный разрез; на фиг. 2 и 4 - графики коэффициентов запаса устойчивости неподработанного и подработанного борта карьера; на фиг. 3 - пласты, вертикальный разрез.

Способ осуществляется следующим образом.

При комбинированной разработке пласта 1 (фиг. 1) открытым, а пласта 2 подземным способами над пластом 2 образуется зона 3 трещин, в пределах которой за счет обрушения ипотери сплошности горных пород снижаются их первоначальные механические характеристики. Это приводит к уменьшению коэффициента запаса устойчивости борта 4 карьера 5, что, в конечном итоге, может вызвать оползание подработанного борта карьера по поверхности б скольжения. Определяется положение на вертикальном разрезе поверхности скольжения с минимально допустимым коэффициентом запаса устойчивости для неподработанного массива горных пород, показанное на фиг 1 в виде кривой б, а

также верхняя 7 и боковые 8 границы зоны трещин. Определяется положение двух поверхностей скольжения с коэффициентами запаса устойчивости Кп с учетом снижения

механических характеристик в пределах зоны трещин при подработке, т.е. с учетом подработки горного массива. Эти поверхности показаны линиями 9 на фиг. 1 и 2,

Согласно расчетам неподработанный

массив горных пород характеризуется в окрестности потенциальной поверхности скольжения коэффициентами запаса, представленными в виде графика 10 на фиг. 2. После подработки коэффициенты запаса

снижаются -график 11,и в интервале между точками 12 и 13 становятся меньше минимально допустимого значения КНмин. После упрочнения нарушенных пород на этом интервале коэффициент запаса устойчивости

борта карьера повысится и будет превышать Кнмин - ломаная линия 14 на фиг. 2. Ширина а (фиг. 1, 2) участка упрочнения нарушенных пород определяется на графиках фиг. 2 как сумма расстояний bi и D2 от потенциальной поверхности 6 скольжения для неподработанного массива с коэффициентом запаса Кнмин до поверхностей 9 скольжения с коэффициентами запаса Кп Кнмин для подработанного массива. Ширину участка определяют на уровне пласта 2 (фиг. 1) и у верхней границы 7 зоны 3 трещин, после чего намечают контур упрочнения пород ABCD.

Упрочнение нарушенных пород производят путем бурения скважин (не показаны) из вентиляционного или откаточного штреков (на фиг. 1 показаны, но не обозначены) и нагнетания по ним химических или цементных растворов. Упрочнение пород производят в пределах зоны трещин высотой Нт с отставанием от очистного забоя на расстоянии L, определяемом, согласно фиг. 3, из выражения L Hctg i/J+ I06p, где Н - расстояние по вертикали от пласта до места

упрочнения массива, 1р- у гол полных сдвижений, 10бр - шаг обр/шения пород основной кровли, т.е. на расстоянии, где процесс сдвижения пород закончен.

П р и м е р. На шахте им. Кузембаева ПО

Карагандауголь совместно разрабатывают ОТКРЫТЫМ СПОСОбОМ УГОЛЬНЫЙ ПЛаСТ К12 (1

на фиг. 1) мощностью 7 м и подземным способом пласт ki3 (пласт 2) мощностью 2 м. Для пласта kia рассчитывается высота зоны трещин. При средней мощности аргиллитов и алевролитов в толще 60-80% она составит Нт 85 м. На вертикальном разрезе (фиг. 1) строят верхнюю 7 (на расстоянии 85 м от кровли пласта 2) и боковые 8 (под углами

/Зиу) границы зоны трещин над выработанным пространством. Механические характеристики массива горных пород в контуре зоны 3 трещин над выработанным пространством пласта kia (пласт 1) снижа- ются, что приводит к уменьшению коэффициента запаса устойчивости борта разреза Расчетом определяют положение на вертикальном разрезе поверхности скольжения с минимальным (принятым равным 1,15) ко- эффициентом запаса устойчивости Кнмин. Также расчетом определяют положение двух поверхностей 9 скольжения с коэффициентом Кп Кнмин 1,15 с учетом снижения механических характеристик горных пород в зоне 3 трещин.

Изменение коэффициента запаса устойчивости в окрестности поверхности 6 скольжения для сечений массива на уровне пласта 2 и верхней границы 7 зоны 3 тре- щин, полученное расчетом, для неподработанного и подработанного массивов показано на фиг. 4, указаны расстояния от поверхности 6 скольжения до поверхностей 9 скольжения, сумма которых дает ширину полосы пород, подлежащих упрочнению. Ширина полосы.ai bi + Ьг 27 м (на горизонте верхней границы зоны трещин) и аа 22 м (на горизонте пласта). Упрочнение пород в контуре ABCD (фиг. 1) производят путем нагнетания твердеющего раствора через скважины, пробуренные с вентиляционного штрека пласта kia (плас 2). Нагнетание производят в точках, удаленных от очистного забоя на расстояние от L 15 м (при обр. 15 м, и Н 0 на уровне отработанного пласта до L 85 0,58 f + 15 64 м(на уровне верхней границы зоны трещин).

В результате упрочнения нарушенных пород коэффициент запаса устойчивости возрастает на рассматриваемом участке до первоначального значения, а за его пределами он равен или более допустимого зна- чения Кп Кнмин.

Преимуществом предлагаемого способа является сокращение затрат на упрочнение нарушенных пород и обеспечение

контроля безопасности горных работ благодаря упрочнению горных пород на наиболее ослабленном, ограниченном по размерам участке.

Формула изобретения

Способ укрепления борта карьера при комбинированной разработке пластовых месторождений, включающий выполнение вскрышных работ и очистной выемки одного пласта открытым способом с построением потенциальных поверхностей скольжения для борта карьера с минимально допусти-, мыми коэффициентами запаса устойчивости совместно с проведением нарезных работ и очистной выемкой другого пласта подземным способом, с построением границ зоны трещин в подработанном массиве и упрочнением массива нарушенных пород путем нагнетания твердеющего раствора через скважины, пробуренные из горных выработок, отличающийся тем, что, с целью сокращения затрат на упрочнение нарушенных пород и обеспечения контроля безопасности горных работ, упрочнение массива нарушенных пород производят в пределах зоны трещин на примыкающем к потенциальной поверхности скольжения участке шириной, определяемой из соотношения

a bi + 02,

где а - ширина упрочняемого участка горных пород;

bi, b2 - расстояние скольжения с минимальным коэффициентом запаса устойчивости для неподработанного массива до потенциальных порверхностей скольжения с минимальными коэффициентами запаса устойчивости для подработанного массива горных пород,

причем упрочнение пород начинают на участках, удаленных от подземного очистного забоя на расстояние L определяемое из соотношения

L Hctg t/J+ обр,

где Н - расстояние по вертикали от пласта до места упрочнения пород;

угол полных сдвижений;

обр - шаг обрушения основной кровли пласта.

Фиг. 2

--.

Mr

,..

Изобретение может быть использовано в горной промышленности при комбинированной разработке пластовых месторождений открытым и подземным способами. Сущность: сокращение затрат на упрочнение нарушенных пород и обеспечение контроля безопасности горных работ. Упрочнение нарушенных пород производят над выработанным пространством в пределах зоны трещин от разрабатываемого подземным способом пласта и только на участке, где коэффициент устойчивости борта карьера в результате подработки снижается на величину меньше допустимого значения. Упрочнение пород осуществляют из подземных выработок через скважины с отставанием от очистного забоя на расстоянии, обеспечивающем неподвижность обрушенных пород. 4 ил

ft

13 12

11 10 0.9

Фиг.З

.

Хзяин /

/