Способ комбинированной разработки месторождений полезных ископаемых Советский патент 1992 года по МПК E21C41/00 

стволами. Все это в целом снижает эффективность способа.

Известен также способ комбинированной разработки месторождений полезных ископаемых, включающий вскрытие место- рождений открытыми и подземными горными выработками с поверхности и последующую одновременную отработку месторождений карьером и из подземных горных выработок с оставлением барьер- ных целиков,

Недостатки описанного способа следующие: Недостаточная эффективность комбинированной отработки ввиду необходимости оставления значительных барьерных целиков между карьером и вскрывающим шахтным стволами, что приводит как к повышенным материальным и временным затратам на отработку прикрн- турных зон карьеров специальными спосо- бами, так и к возможным дополнительным потерям полезных ископаемых; снижение устойчивости бортов карьера и, как следствие, ухудшение условий его эксплуатации при развитии подземных горных работ без учета их влияния на потенциальную поверхность скольжения; повышение трудозатрат и расходов дефицитных материалов на искусственное укрепление бортов карьеров путем сооружения железобетонных свай, шпон и других аналогичных конструкций, а также путем упрочнения пород цементацией, смолизацией и нагнетанием в массив других укрепляющих растворов; снижение безопасности комбинированной отработки месторождения в случае необходимости повышения полноты выемки полезного ископаемого путем вовлечения в отработку предохранительных и иного рода целиков ввиду отсутствия возможности управления геомеханическими процессами.

Цель изобретения - повышение безопасности и эффективности труда горнорабочих и снижение затрат на закрепление откосов бортов карьеров путем увеличения их устойчивости и снижения потерь полезных ископаемых.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу комбинированной разра- ботки месторождений полезных ископаемых, включающему их вскрытие открытыми и подземными горными выработками с поверхности и последующую одновременную отработку ими месторождений полезных ис- копаемых, подземные горные выработки располагают таким образом, чтобы действие опорного давления от этих выработок распространялось на участки потенциальной поверхности скольжения, на которой

силы трения больше или равны силам сдвигающим оползнеопасный горный массив

Такое взаимное расположение открытых и подземных горных выработок позволяет эффективно и безопасно вести комбинированную отработку за счет повышения устойчивости бортов карьера и кровли подземных горных выработок путем увеличения сил сжатия и трения по поверхности скольжения, что обеспечивает снижение затрат ин искусственное закрепление бортов карьера, сокращение объема подземных горных выработок и потерь полезных ископаемых за счет уменьшения размеров предохранительного барьерного целика.

Определение устойчивости откосов бортов карьера с учетом влияния зоны опорного давления обеспечивает получение значений безопасных углов откосов и бортов карьера еще на стадии проектирования, что в свою очередь, позволяет снизить непроизводительные затраты при сооружении карьера, управлять геомеханическими процессами при разработке месторождений.

На фиг 1-4 представлен участок месторождения, отрабатываемый комбинированным открытоподземным способом.

На фиг. 1 показаны эпюры опорного давления в плоскости пласта Пл и на потенциальной поверхности скольжения Ск- а также нормальная N4 и касательная ТА составляющие силы тяжести Cbq при отсутствии опорного давления и такие же составляющие N41 и Т4 , но увеличившиеся за счет опорного давления.

На фиг 2 пунктирной линией 1 показана разность между силами f Ni (где f - коэффициент внутреннего трения пород), удерживающими оползневой массив от сползания, и силами TI, сдвигающими его при отсутствии опорного давления.

На фиг 3 - штрихпунктирной линией 2 показана эта же разность, но увеличенная за счет опорного давления. На указанном рисунке заштрихована площадь 3, соответствующая суммарному увеличению удержи- вающих сил, и площадь 4, которая равноценна площади 3 по своему воздействию на потенциальную поверхность скольжения. Площадь 4 показана для иллюстрации, так как в практике горного дала иногда пытаются укреплять откос путем его пригрузки насыпным грунтом, но такая насыпь крайне неустойчива, ее возведение представляет немалые трудности и ведет к нарушению технологического цикла работ в карьере

Месторождение 1 полезных ископаемых вскрывают с поверхности одновременно карьером 2 и подземными горными выработками 3 (фиг.З), которые образуют зону 4 опорного давления (фиг, ). Отработку месторождения 1 осуществляют карьером 2 и подземными горными выработками 3, проходимыми по отношению к карьеру 2 с таким расчетом, чтобы зоны опорного давления попадали на участки потенцизль- ной поверхности скольжения, на которых удерживающие силы 5 (умноженные на коэффициент внутреннего трения пород f), действующие по поверхности б скольжения, превышали сдвигающие силы 7 (фиг.4).

Последовательность технологических операций следующая.

С поверхности месторождений 1 вскрывают полезное ископаемое, сооружая одновременно карьер 2 и проходя подземные горные выработки 3 (фиг.З). Определяют разность между удерживающими силами 5, умноженными на коэффициент внутреннего трения f, и сдвигающими силами 7. Находят на потенциальной поверхности скольжения точку А (фиг.1 и 2), в которой удерживающие силы равны сдвигающим, и проводят через нее плоскость нормально к направлению падения месторождения Принимая линию пересечения указанной плоскости с поеер- хностью месторождения за границу ведения горных работ, извлекают полезное ископаемое подземным способом под той частью, на которой сдвигающие силы меньше удерживающих. В случае углубления карьера приведенный цикл работ повторяется, при этом при каждом последующем цикле извлекаются запасы, оставшиеся не- выработаниыми при предыдущем цикле.

П р и м е р. В масштабе 1:2000 изобра- жено вертикальное сечение борта карьера и пласта, разрабатываемого подземным способом. Для определения устойчивости откоса разобьем оползневой массив вертикальными линиями на 8 полос шири- ной по 30 м каждая. Высоту полос условно примем за их вес и разложим на касательные TI и нормальные NI составляющие к поверхности скольжения. Все отрезки касательных и нормальных составляющих, изме- ренные в миллиметрах, суммируем отдельно, а суммы умножаем на масштаб векторов Ti и N, который равен

а -у М М

/ i

1000 где а - ширина полос:

у- объемный вес пород ( в нашем случае ,5т/м3);

М - знаменатель масштаба, в котором построен чертеж, т.е. М 2000:

М - знаменатель масштаба, в котором построены вектора Тги N(, в нашем случае .

Измеряем длину расчетной поверхности L и составляем отношение

п

f -с Ј Ni+kL сЈ Ti

где f - коэффициент .внутреннего трения пород по расчетной поверхности скольжения (в нашем случае ,55); k - сила сцепления, приходящая на единицу площади этой поверхности (в данных условиях т/м2).

В рассматриваемом примере

30 м 2.5 т/м 3 2000 2

С™

1000

300 т/м2;

(в миллиметрах, без учета влияния подземных горных работ); м.

Отсюда

ЈN,127; с2 N(38100 т/м2; с 2П 22800 т/м2; f с 2Ni 20955 т/м2; к1 1625т/м2;

20955 + 1625

п

0,99,

22800

что свидетельствует о превышении сил, сдвигающих массив (знаменатель дроби), над силами, удерживающими его (числитель), т.е. характеризует неустойчивое состояние породного массива ().

Определяем разность между силами f NI, удерживающими оползневой массив от сползания, и силами Ti, сдвигающими его при отсутствии опорного давления, и по вычисленным значениям строим на потенциальной поверхности скольжения график указанных разностей. Из точки пересечения построенного графика с потенциальной поверхностью скольжения опускаем перпендикуляр на пласт и принимаем место пересечения этого перпендикуляра с пластом за границу ведения горных работ подземным способом. Отрабатываем пласт под той частью потенциальной поверхности скольжения, на которой разность между f Nj-Ti имеет отрицательные значения.

При таком расположении подземной очистной выработки относительно потенциальной поверхности скольжения зона опорного давления распространяется на векторы N4, Т4, Ns, Is, Ne, Те, Ny, Т, Ne и Те.

При коэффициенте концентрации равном 2 значения указанных векторов будут равны: . Следовательно, 2Ni увеличится на 76 ед., a STi - на 26 ед.: ZNi 203; . Откуда с 2Ni 60900 т/м2; с ГГрЗОбОО; f с 2Nr33500 т/м2

33500 + 1625

п

1,12.

30600

что свидетельству о превышении сил, удерживающих массив, над силами сдвигающими его.

Таким образом, рекомендуемая взаимоувязка подземных и открытых горных работ позволяет повысить величину трения по потенциальной поверхности скольжения и обеспечить устойчивость бортов откосов (), находящихся в предельном или неустойчивом состоянии.

Заявленное техническое решение позволяет в целом получить положительный эффект, выражающийся в следующем:

-повышается безопасность и эффективность комбинированной разработки месторождений открытоподземным способом путем увеличения устойчивости откосов бортов карьеров;

-снижаются затраты на разработку месторождений комбинированным способом за счет рационального взаиморасположения карьера и подземных горных выработок путем перераспределения сил горного давления за счет увеличения сил сжатия и трения по поверхности скольжения горных пород;

-сокращаются затраты на искусственное закрепление бортов карьеров;

-повышается полнота выемки полезных ископаемых путем снижения размеров

предохранительных целиков между карьером и подземными горными выработками за счет рациональных, заранее рассчитанных геомеханических параметров разработки.

Ф о р м у л а и з о б р ет е н и я

Способ комбинированной разработки месторождений полезных ископаемых, включающий вскрытие месторождения открытыми и подземными горными выработками с поверхности и последующую его отработку одновременно открытым и подземным способами, отличающийся тем, что, с целью повышения безопасности работ, увеличения полноты отработки запасов. снижения расхода материалов на закрепление откосов бортов карьера за счет увеличения их УСТОЙЧИЁОСТИ путем создания области повышенного горного давления и трения в нижней части потенциальной поверхности скольжения, на указанной повер- хности определяют точку, в которой сдвигающие силы равны удерживающим, проводят через нее плоскость нормально к линии падения месторождения и, принимая

ее за границу подземного выработанного пространства, отрабатывают месторождение под той частью потенциальной поверхности скольжения, на которой сдвигающие силы больше удерживающих, и оставляют

его невыработанным под той частью, на которой сдвигающие силы меньше удерживающих.

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при комбинированной разработке месторождений открытым и подземным способом. Цель - повышение безопасности :руда горнорабочих, увеличение полноты отработки запасов, снижение расхода материалов на закрепление откосов бортов карьеров за счет увеличения их устойчивости путем создания области повышенного горного давления и трения в нижней части потенциальной поверхности Изобретение относится к горной промышленности, в частности к комбинированным открытоподземным способам разработки месторождений твердых полезных ископаемых, и может быть использова- но при добыче рудных полезных ископаемых, угля, горнохимического сырья и строительных материалов Известен способ комбинированной разработки месторождений полезных ископаемых, включающий вскрытие месторождения открытыми и подземными горными выработками, пройденными с поверхности скольжения. Месторождение вскрывают одновременно карьером и подземными горными выработками, образующими зону опорного давления. В зоне рассчитывают удерживающие силы (УС), действующие по поверхности скольжения, и сдвигающие силы (СС). Определяют разность между УС. умноженными на коэффициент внутреннего трения и СС. На потенциальной поверхности скольжения определяют точку, в которой УС равны СС, и проводят через нее плоскость нормально к направлению падений рудного тела. Принимая линию пересечения данной плоскости с поверхностью рудного тела за границу ведения горных работ, извлекают полезное ископаемое подземным способом под той частью потенциальной поверхности скольжения, на которой СС больше УС. и оставляют его невыработанным под той частью, на которой СС меньше УС. В случае углубления карьера приведенный цикл работ пстгоря- ют, при этом при каждом последующем цикле извлекают запасы, оставшиеся невыработанными при предыдущем цикле. 6 ил и последующую взаимно не увязанную в пространстве одновременную открытопод- земную разработку. Недостатками данного способа являются повышенные затраты как на вскрытие месторождения, так и на его отработку вследствие того, что недостаточно учитываются геомеханические факторы взаимодействия открытых и подземных горных работ, что ведет к увеличению объемов горнокапитальных и вскрышных работ в результате выполаживания бортов карьеров и оставления значительных барьерных целиков между карьером и вскрывающими шахтными (Л С ч ел 00 ю 00

&ие,{

го n

CD

т

ш |

«М

ЗГ

А

fnt

I 7 %

Фиг. 4