Способ разработки пологого пласта полезного ископаемого заходками Советский патент 1992 года по МПК E21C41/18 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной разработке пологих пластовых месторождений полезных ископаемых, залегающих в сложных горно-геологических условиях, например, марганцевых руд, угля.

Известен способ разработки пологих пластмассовых месторождений полезных ископаемых заходками, включающий проведение выемочных штреков, формирование сопряжений заходок со штреком, проведение ниш, выемку полезного ископаемого прямолинейными заходками, формирование целиков, между выработанным пространством и заходками и обрушение налегающих пород, при котором сопряжения формируют шириной, меньшей ширины заходок, и смещают их относительно заходок в сторону рудного массива, ниши проходят в направлении выработанного пространства и расширяют до ширины заходок, при этом между нишами и выработанным пространством формируют целики z уменьшением ширины по мере проходки ниш,

Недостатком указанного способа являются увеличенные потери полезного ископаемого в межзаходочных целиках вследствие того, что они для обеспечения устойчивости сопряжений заходок с выемочным штреком имеют увеличенную ширину на длину ниш, а также невозможность обеспечения устойчивости сопряжений штрека с заходками в сложных горно-геологических условиях.

Известен способ разработки пологих пластовых месторождений полезных искоVIXI

to

CJ 4 Ю

лаемых заходками, включающий проведение выемочных штреков, формирование сопряжений заходок со штреком и выемку полезного ископаемого в направлении от сопряжений заходок к техническим границам выемочного столба прямолинейными заходками постоянной ширины с диагональным расположением заходок к оси выемочного штрека, формирование целиков между выработанным пространством и заходками и обрушение пород кровли.

Недостатками известного способа являются недостаточная устойчивость сопряжений штрека с заходками и длительное время их поддерживания, наличие больших потерь полезного ископаемого в части выемочного столба, прилегающей к охранному целику. Это связано с тем, что сопряжение заходок с выемочным штреком смещено относительно заходок в сторону рудного массива и отработку запасов выемочного столба диагональными заходками постоянной ширины под неизменным углом к оси выемочного штрека возможно осуществлять только до достижения сопряжений заходок с выемочным штреком границы охранного целика. Это приводит к тому, что у границ охранного целика не извлекается часть запасов полезного ископаемого, имеющих в плане форму прямоугольных треугольников, выемку которых осуществить указанным способом не представляется возможным.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, яв- ляется способ разработки пологих пластовых месторождений полезных ископаемых заходками, включающий проведение выемочных штреков, формирование сопряжений заходок со штпеком, отработку запасов участка в пределах технических границ диагональными заходками постоянной ширины, проводимыми под углом а к штреку, формирование целиков между выработанным пространством и заходками, обрушение пород кровли и отработку оставшейся части запасов выемочного столба, прилегающей к охранному целику.

Однако указанный способ имеет следующие недостатки. Отработка части запасов выемочного столба, прилегающей к охранному целику, диагональными заходками переменной ширины с увеличением угла проведения заходок относительно штрека уменьшает эффект выноса сопряжений из зоны передового опорного давления, а уменьшение длины заходок (следовательно, и времени отработки заходок) незначительно и общая минимальная длина последних двух заходок, отрабатываемых с одного сопряжения, не может быть менее ширины столба. Это приводит к тому, что время отработки заходок превышает время, в течение которого возможно обеспечить

устойчивость сопряжений штрека с заходками в сложных горно-геологических условиях,

Далее, на практике проведение заходок переменной ширины осуществляют с при0 менением рам крепи максимального (для тупиковой части заходок) размера, путем увеличения нахлестки элементов рамы крепи в начале проведения заходок с последующим уменьшением нахлестки до

5 оптимальной (минимальной) в конце ее проведения. Это приводит к увеличению расхода дорогостоящего шахтного спецпрофиля, вследствие неизбежных потерь крепи при посадке кровли (10% по нормативам).

0Кроме того, изменение угля проведения

каждой последующей заходки относительно штрека для предотвращения излишних потерь полезного ископаемого в межзахо- дочных целиках требует постоянного конт5 роля за направлением их проведения, что обуславливает дополнительные затраты на маркшейдерскую съемку.

Целью изобретения является повышение устойчивости сопряжений и на

0 участке выемочного столба, прилегающего к охранному целику.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе разработки пологого пласта полезного ископаемого заходками,

5 включающем подготовку столба, подлежащего отработке, проведением выемочного штрека в пределах охранного целика и по всей длине столба, отработку запасов столба в пределах его технических границ диа0 тональными заходками постоянной ширины, проводимыми под устанозленным углом к осевой линии столба, формирование целика между выработанным пространством ранее отработанного столба и диаго5 нальными заходками, обрушение пород кровли и отработку оставшейся части запасов выемочного столба, прилегающих к охранному целику со стороны выработанного пространства и нетронутого массива, вые0 мочный штрек в пределах охранного целика проводят по технической границе столба со стороны выработанного пространства, затем поворачивают его под указанным углом в сторону осевой линии и проводят до нее,

5 после чего выемочный штрек проводят по осевой линии, а отработку запасов, прилегающих к охранному целику, осуществляют заходками перпендикулярно участку выемочного штрека, пройденного под углом, ри этом заходки со стороны нетгюнутого

массива проводят до охранного целика с последовательным уменьшением их длины, а заходки со стороны выработанного пространства проводят постоянной длины.

Под влиянием горного давления вмеща- ющие породы деформируются и смещаются, уменьшая высоту и сечение горных выработок. Величина конвергенции (сближение почвы и кровли) выработок при прочих равных условиях зависит от времени поддержания горной выработки. Наибольшая конвергенция имеет место на сопряжении и в устьях очистных заходок. так как они наиболее длительное время подвержены влиянию горного давления. Длительность поддержания сопряжений и заходок определяется временем отработки заходок от начала проведения до их погашения. В свою очередь продолжительность отработки заходок до их погашения прямопропорцио- нальна их длине. Поэтому значительное уменьшение длины проводимых заходок на участке выемочного столба, прилегающего к охранному целику (на участке выемочного штрека, пройденного под углом), резко по- вышает устойчивость сопряжений и заходок.

Кроме того, в каждом выемочном столбе оставляют часть запасов полезного ископаемого в качестве временных целиков, кото- рые воспринимают часть горного давления. Это приводит к снижению горного давления на сопряжения и заходки, что также облегчает условия поддержания, а следовательно, повышает устойчивость сопряжений и захо- док в части выемочного столба, прилегающей к охранному целику.

Именно предлагаемое проведение выемочного штрека в пределах охранного целика по технической границе столба со стороны выработанного пространства, затем поворот его под указанным углом в сторону осевой линии и проведение до нее и далее проведение выемочного штрека по осевой линии, отработка запасов, прилега- ющих к охранному целику, заходками, про- водимыми перпендикулярно участку выемочного штрека, пройденного под углом, а также проведение заходок со стороны нетронутого массива до охранного целика с последовательным уменьшением их длины, а со стороны выработанного пространства - постоянной длины, обеспечивают согласно способа значительное сокращение общей длины эаходок, прово- димых с одного сопряжения, уменьшение времени их отработки и длительности поддержания сопряжений, снижение горного давления на крепь сопряжений и заходок на участке выемочного столба, прилегающего

к охранному целику, а значит и достижение цели изобретения

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что выемочный штрек в пределах охранного целика проводят по технической границе столба со стороны выработанного пространства, затем поворачивают его под углом, равным углу проведения диагональных заходок относительно осевой линии столба и проводят до нее, после чего выемочный штрек проводят по осевой линии, а отработку запасов, прилегающих к охранному целику, осуществляют заходками перпендикулярно участку выемочного штрека, пройденного под углом, при заходки со стороны нетронутого массива проводят до охранного целика с последовательным уменьшением их длины, а заходки со стороны выработанного пространства проводят постоянной длины.

Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения Новизна При изучении других известных технических решений в данной области горного дела, признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявленному техническому решению соответствие критерию Существенные отличия. Совокупность новых признаков заявляемого способа позволяет получить положительный эффект от его использования при подземной разработке заходками пологих пластовых месторождений полезных ископаемых в сложных горно-геологических ус ловиях. Все заявляемые признаки необходимы, и поэтому отсутствие одного из них исключает возможность положительного эффекта.

На чертеже показана схема отработки выемочного участка в плане.

Предлагаемый способ разработки пологих пластовых месторождений полезных ископаемых заходками в сложных горногеологических условиях осуществляется следующим образом.

Разработку пологого пласта марганцевой руды ведут, например, в условиях шахт Марганецкого горнообогатительного комбината.

Определяют параметры способа разработки: длину заходок, угол проведения диагональных заходок относительно штрека, ширину выемочных столбов, подлежащих отработке. Максимально возможную длину заходок для обеспечения надежного и безопасного их поддержания определяют в соответствии с конструктивной податливостью применяемой крепи, скоростью осадки пород кровли и достигнутой скоростью проведения заходок по формуле:

I ДИт - 20оЦД- Vnpо

50м,

где I - предельная длина заходок, м;

Ah - конструктивная податливость применяемой крепи, мм, согласно Инструкции по выбору крепей очистных выработок и их сопряжений на шахтах Приднепровского Map ганце во руд но го бассейна, Кривой Рог, 1988, принимаем Ah 200 мм;

/з - нормативная скорость проведения очистных заходок, м/ч, согласно Справочника норм выработки, норм времени и расценок на подземные работы для шахт Марганецкого ГОКа, Марганец, 1975, принимаем Уз 1,5 м/ч:

VKp - скорость осадки пород кровли, мм/ч, согласно Инструкции по выбору крепей очистных выработок и их сопряжений на шахтах Приднепровского марганцеворуд- ного бассейна. Кривой Рог. 1988, принимаем Vnp 6 ММ/Ч.

Определяем угол проведения диагональных зэходок относительно штрека по формуле:

о ос

а -- arccos у 45°,.

где S -длина зоны влияния передового давления от ведения очистных работ, м, из опыта подземной разработки для шахт Марганецкого ГОКа принимаем S 35 м;

I - предельная длина заходок, м, определена выше I 50 м.

Угол проведения штрека от технической границы выемочного столба до его осевой линии равен углу проведения диагональных заходок относительно штрека, т.е. в приведенном примере 45°.

Ширину выемочных столбов определяем по формуле:

/3 21 х sin 0 2 х 50 х sin 45° 70 м.

После этого осуществляют проходку выемочного штрека 1 по пласту полезного ископаемого 2 согласно способа.

Первоначально выемочный штрек 1 проводят в пределах охранного целика 3 по технической границе 4 выемочного столба со стороны ранее отработанного столба (выработанного пространства) 5.

Далее изменяют направление его проведения в сторону нетронутого массива полезного ископаемого б на угол а 45° (определен выше), участок DA, и по достижении осевой линии 7 выемочного столба штрек проводят по осевой линии выемочного столба на всю его длину.

После этого приступают к выемке запасов участка согласно предлагаемого способа.

Отработку запасов участка ведут с последовательной отработкой столбов обратным ходом в направлении к границе 8 охранного целика 3 и погашением выемочных штреков 1. Отработку выемочных столбов ведут заходками постоянной ширины в

два этапа.

На первом этапе выемку запасов в пределах технических границ 4 осуществляют диагональными двухсторонними заходками 9, проводимыми под углом п 45° относительно выемочного штрека 1, пройденного по осевой линии 7 выемочного столба (на чертеже до точки А). На этом этапе отработки запасов столба заходки 9 имеют равную, предельную по условиям их устойчивости,

длину I 50 м. Общая длина двух заходок, отрабатываемых с одного сопряжения, составит 1общ. 21 100 м.

Далее на втором этапе отработки запасов выемочного столба, прилегающих к охранному целику 3 по всей длине штрека 1, пройденного под углом а (участок DA), со-, гласно предлагаемого способа осуществляют заходками 10 постоянной ширины, проводимыми перпендикулярно штреку до

достижения последним сопряжением штрека с заходками границы 8 охранного целика 3. т.е. до места, где выемочный штрек меняет свое направление далее проведем по технической границе 4 выемочного столба в

пределах охранного целика до главных (панельных) конвейерных или откаточных выработок 11. На этом этапе все заходки 12, проводимые относительно штрека со стороны массива полезного ископаемого 2, про-.

водят только до границы 8 охранного целика 3 с уменьшением их длины при проведении каждой последующей смежной заходки (на чертеже заходки ЕАД). Это приводит к значительному сокращению общей длины проводимых эаходок по мере доработки запасов столба и, в конечном итоге, общая длина заходок, отрабатываемых с одного сопряжения, снижается в 2 раза и составляет 1от I 50 м. В результате существенно

снижается время поддержания сопряжений и повышается их устойчивость.

При этом в отрабатываемом столбе оставляют часть запасов в качестве временного целика (на чертеже РАЕ) для снижения

давления на сопряжения, заходки и охраны соседнего выемочного штрека. Следствием этого является значительное улучшение условий поддержания, обуславливающее повышение устойчивости сопряжений и заходок.

Выемку временного целика (ВСД) производят при последующей отработке соседнего столба заходками 12, проводимыми в сторону выработанного пространства, - третий этап. Для этого длину заходок 12, проводимых со стороны ранее отработанного столба, оставляют неизменной (заходки А ВСД).

На цикл работ по отработке зала- сов столба завершается. При отработке последующих столбов выемочного участка порядок приемов и операций повторяют в изложенной выше последовательности до полной отработки запасов участка (панели).

Предлагаемый способ разработки пологих пластовых месторождений полезных ископаемых может быть реализован при подземной добыче полезных ископаемых. Использование способа наиболее эффек- тивно при разработке пологих полезных ископаемых заходками в сложных горногеологических условиях в связи с особой важностью решения проблемы повышения устойчивости сопряжений выемочных штреков с заходками.

Использование предлагаемого способа разработки пологих пластовых месторождений полезных ископаемых обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества

-повышение устойчивости сопряжений штрека с заходками и позволяет отказаться от их перекрепления, снизить материальные и трудовые затраты на поддержание сопряжений в рабочем состоянии.

-улучшение состояния крепи сопряжений и заходок облегчает извлечение метал- локрепи в выемочных штреках и в заходках

и уменьшает потери металлокрепи;

-кроме того, вследствие повышения устойчивости сопряжения штрека с заходками улучшается безопасность ведения работ.

Все это в итоге обеспечивает уменьшение затрат на поддержание сопряжений и заходок, снижение себестоимости добычи и повышение эффективности разработки пологих пластов полезных ископаемых в сложных горно-геологических условиях.

Экономический эффект от использова- ния заявляемого изобретения определяем согласно Инструкции определения экономической эффективности использования в черной металлургии новой техники, изобретений и рационализаторских предложений, М., Недра, 1979.

В качестве базового объекта для сравнения принимаем способ, выбранный за прототип.

Дополнительные затраты для осуществления заявляемого технического решения определяем по формуле:

Кд Ki + «2. руб/год,

где Ki -увеличение стоимости выемочного штрека вследствие его удлинения, руб.

Ki

Оц|

В

( 1 - sin а)

254,94 70

2-45°

( 1 - sin/45 ° ) 3 842 руб.;

где Сш стоимость проведения 1 м выемочного штрека, согласно справочника Норм выработок, норм времени и расценок на подземные работы для шахт Марганецкого ГОКа, Марганец, 1975, принимаем Сш 254,94 руб/м;

В - ширина выемочного столба, определена ранее В 70 м;

а- угол проведения диагональных заходок относительно штрека, определен ранее а 45°;

«2 - стоимость дополнительного оборудования (двух конвейеров КЛЗС-2)

К2 h х Скон 14342 руб.

где Скон. - стоимость одного конвейера КЛЗС-2, согласно Прейскуранта-24-18-43 Госкомцен от 01.01.86 г. принимаем Скон 7171 руб;

h - количество дополнительных конвейеров, необходимых для осуществления предлагаемого технического решения. Так как штрек дважды меняет направление, принимаем h 2.

Тогда дополнительные затраты составят:

Кд 3824 +14342 18166 руб. Экономический эффект от использования заявляемого способа определяем исходя из снижения материальных и трудовых затрат на поддержание сопряжений штрека с заходками и уменьшения потерь металлокрепи на один очистной забой по формуле:

Э 3i + Э2 - Е«Кд, руб/год; где Э1- экономический эффект от снижения затрат на поддержание сопряжений штрека с заходками, руб.

3i RxCconp. 100 x251,25 25125 руб.

где Ri - количество сопряжений, отрабатываемых одним очистным забоем, согласно практики шахт Марганецкого ГОКа принимает Ri 100;

Ссопр. - стоимость перекрепления одного сопряжения штрека с заходками, согласно справочника Норм выработки, норм времени и расценок на подземные работы для шахт Марганецкого ГОКа, Марганец, 1975, принимаем Ссопр. 251,25 руб.;

Э2 - экономический эффект от уменьшения потерь металлокрепи, руб.

Э2 (qi - р2).к. (0,0075 - -0,0050) 84000 201.87 42393 руб.

где qi и Q2 - потери металлокрепи соответственно по базовому и предлагаемому способам, т/тонну добычи, согласно практики шахт Марганецкого ГОКа, принимаем qi 0.0075 и Q2 0,0050 т/тонну добычи;

А - средняя годовая добыча одного очистного забоя на шахтах Марганецкого ГОКа, т, согласно годовому отчету о финансово- экономической деятельности комбината в 1989 г,, принимаем А 84000 т;

См.к -стоимость 1 тонны металлокрепи из шахтного спецпрофиля СВП, согласно Прейскуранта № 24-18-43 Госкомцен от 01.01,86, принимаем См.к. 201,87 руб/т;

Е 0,15 - нормативный коэффициент эффективности капвложений, д.ед.

Тогда годовой экономический эффект на один очистной забой составит:

Э Э1 + Э2-ЕхКд 25125 +

+ 42393 - 0,15X18166 64 тыс.руб./год. После получения положительных результатов промышленных испытаний способ будет рекомендован для внедрения на шахтах Приднепровского бассейна.

Формула изобретения

Способ разработки пологого пласта полезного ископаемого заходками. включающий подготовку столба, подлежащего отработке, проведением выемочного штрекэ в пределах охранного целика и по всей длине столба, отработку запасов столба в пределах его технических границ диагональными заходками постоянной ширины, проводимыми под установленным углом к

осевой линии столба, формирования целика между выработанным пространством ранее отработанного столба и диагональными заходками, обрушение пород кровли и отработку оставшейся части запасов

выемочного столба, прилегающих к охранному целику, со стороны выработанного пространства и нетронутого массива, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости сопряжений и заходок на участке выемочного столба, прилегающего к ох- ранному целику, выемочный штрек в пределах охранного целика проводят по технической границе столба со стороны выработанного пространства, затем поворачивают его под указанным углом в сторону осевой пинии и проводят до нее, после чего выемочный штрек проводят по осевой линии, а отработку запасов, прилегающих к охранному целику, осуществляют заходками перпендикулярно участку выемочного штрека, пройденного под углом, при этом заходки со стороны нетронутого массива проводят до охранного целика с последовательным уменьшением их длины, а заходки

со стороны выработанного пространства проводят постоянной длины.

Использование: область горного дела для повышения устойчивости сопряжений заходок на участке выемочного столба, прилегающего к охранному целику. Сущность изобретения: выемочный штрек в пределах охранного целика проходят по технической границе столба со стороны выработанного пространства. Затем поворачивают его в сторону осевой линии столба и проводят до нее. Причем угол проведения штрека принимают равным углу проведения диагональных заходок при отработке столба. Отработку запасов, прилегающих . охранному целику, производят заходками перпендикулярно участку штрека, пройденному под углом к осевой линии. Заходки со стороны выработанного пространства проводят постоянный длины, а со стороны нетронутого массива - с последовательным уменьшением их длины. 1 ил.