Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РАЗРАБОТКИ МОЩНЫХ КРУТОПАДАЮЩИХ РУДНЫХ ТЕЛ

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке подземным способом мощных крутопадающих рудных тел этажно-камерными системами.

Известен способ разработки мощных крутопадающих рудных тел, включающий отработку рудного тела сверху вниз блоками ромбоидальной формы, разделение блока на две камеры, отработку верхней части блока камерой стропильной формы, закладку последней. Отработку и закладку камеры стропильной формы блока нижележащего этажа. После набора закладкой необходимой прочности отрабатывают камеры ромбоидальной формы блока вышележащего этажа, причем камеры ромбоидальной формы оставляют незаложенными [1].

К недостаткам указанного способа можно отнести сложность формы выемочных единиц, остроугольные части ромбоидальных камер являются концентраторами повышенных напряжений в прилегающем массиве, свод в закладочном массиве камеры ромбоидальной формы не обладает необходимой устойчивостью, что приводит к повышенному разубоживанию руды.

Известен способ разработки мощных рудных тел, включающий отработку рудного тела камерной системой разработки с закладкой выработанного пространства на больших глубинах. До начала отработки камерных запасов в массивах камер 1-х, 2-х, и 3-х очередей ступенчато проходят разгрузочную (отрезную) щель по простиранию рудных тел, заполненную замагазинированной рудой. После этого начинают отработку, а потом и закладку камер 1-х очередей. Отбойка камерных запасов производится на разгрузочную щель, которая играет роль отрезной щели. Далее отрабатывают рудные массивы камер 2-х и 3-х очередей на уже проведенные отрезные щели [2].

Основным недостатком является ограниченная область применения. Так, магазинирование отбитой руды в разгрузочных щелях недопустимо при отработке месторождений колчеданных руд. Наличие в рудах сульфидов резко ограничивает время магазинирования руды. В условиях поэтапной (длительной во времени) отработки камер 1-х, 2-х и 3-х очередей, опережающее оформление разгрузочных щелей приводит к разогреву магазинирования руды и возникновению эндогенных пожаров. Кроме того, оставленные в торцах разгрузочных щелей вертикальных целиков прямоугольной формы являются концентраторами напряжений и их разрушение в динамической форме может спровоцировать горный удар.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ разработки мощных крутопадающих рудных тел этажно-камерной системой разработки с твердеющей закладкой, включающий проходку выработок для деления рудного тела на блоки и стадийную выемку руды камерами, где выемочный блок состоит из камер первой, второй и третьей стадии разработки, камеры располагают вкрест простирания рудного тела, отбойку ведут из подэтажных штреков (ортов) глубокими скважинами, отбитую руду выпускают из камер первой очереди, затем отработанные камеры закладывают твердеющей закладкой, а камеры второй очереди отрабатывают между рудными и искусственными целиками, камеры третьей стадии отрабатывают между искусственными целиками [3].

К недостаткам указанного способа следует отнести ограниченность его применения при разработке месторождений на больших глубинах из-за невозможности конструктивных элементов системы разработки противостоять повышенному горному давлению, так как нагрузка на междукамерные рудные целики (камеры второй и третьей стадии отработки) от действия высокого горного давления достигает величины их несущей способности, вследствие чего целики переходят в неустойчивое состояние и разрушаются на стадии ведения горных работ. Это приводит к увеличению потерь и разубоживания руды, снижает безопасность горных работ.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является снижение влияния горного давления на элементы системы разработки и междукамерные рудные целики путем изменения порядка отработки камер, а также снижение потерь и разубоживания руды. Указанный результат достигается тем, что при разработке мощных крутопадающих рудных тел этажно-камерными системами разработки с твердеющей закладкой, отработку камер в блоке осуществляют в «шахматном» порядке по схеме I-_III-II-_IV так, как показано на фиг.1-5, при этом днища смежных камер I(III) и II(IV) смещают на один подэтаж, а отбитую руду из камеры до откаточного штрека транспортируют по доставочному орту, пройденному в средней части смежной камеры, который при ее отработке используют в качестве бурового орта, отбойку руды верхней части камерных запасов ведут между искусственными целиками из твердеющей закладки, а нижней части - в рудном массиве. Коэффициент формы (К_ф=b_ц/h_ц) рудного целика соответствует условию:

0,5<b_ц/h_ц<1,

где: b_ц - ширина рудного целика (ширина неотработанной камеры), м;

h_ц - высота рудного целика (половина высоты неотработанной камеры), м.

Это условие, в виде математической зависимости, получено эмпирическим путем, и его выполнение обеспечивает необходимый запас прочности и устойчивости рудного целика в процессе отработки.

Закладку всех камер I, II, III и IV на 2/3 их высоты осуществляют твердеющей смесью, а 1/3 часть (верхнюю) камер - гидравлической, причем границу между твердеющей и гидравлической закладкой в камере формируют выше отметки кровли камер нижележащего подэтажа на 1/6 ее высоты. Параметры различных закладочных массивов определены экспериментальным путем и позволяют при отработке камер III и IV, смещенных ниже на один подэтаж, исключить попадание гидравлической закладки в очистное пространство. Отработку камер II и IV осуществляют после закладки камер I и III, а отработку камер I и III - после набора закладкой нормативной прочности в камерах II и IV.

Новыми признаками в предлагаемом способе являются:

- отработку камер в блоке осуществляют в «шахматном» порядке по схеме I-_III-II-_IV так, как показано на фиг.1-5;

- днища смежных камер I(III) и II(IV) смещены на один подэтаж;

- отбитую руду из камеры до откаточного штрека транспортируют по доставочному орту, пройденному в средней части смежной камеры, который при ее отработке используют в качестве бурового орта;

- отбойку руды верхней части камерных запасов ведут между искусственными целиками из твердеющей закладки, а нижней части - в рудном массиве;

- коэффициент формы (К_ф=b_ц/h_ц) рудного целика соответствует условию:

0,5<b_ц/h_ц<1,

где: b_ц - ширина рудного целика (ширина неотработанной камеры), м;

h_ц - высота рудного целика (половина высоты неотработанной камеры), м;

- закладку всех камер I, II, III и IV на 2/3 их высоты осуществляют твердеющей смесью, а 1/3 часть (верхнюю) камер - гидравлической;

- границу между твердеющей и гидравлической закладкой в камере формируют выше отметки кровли камер нижележащего подэтажа на 1/6 ее высоты;

- отработку камер II и IV осуществляют после закладки камер I и III, a камер I и III - после набора закладкой нормативной прочности в камерах II и IV.

Анализ известных решений показал, что сущность заявляемого решения в них характеризуется новой совокупностью признаков.

Заявляемый способ поясняется чертежами, где:

на фиг.1 представлена схема отработки камер I, разрез по простиранию рудного тела;

на фиг.2 представлена схема отработки камер I, разрез по А-А;

на фиг.3 представлена схема отработки камер II, разрез по простиранию рудного тела;

на фиг.4 представлена схема отработки камер III, разрез по простиранию рудного тела;

на фиг.5 представлена схема отработки камер IV, разрез по простиранию рудного тела;

на фиг.6 представлены технологическая схема и параметры закладки камер твердеющей и гидравлической смесями.

На чертежах (фиг.1-6) изображены: I, II, III, IV - очистные камеры; 1 - доставочные орты; 2 - буровые орты; 3 - подэтажные буровые орты; 4 - погрузочные заезды; 5 - вентиляционно-закладочные орты; 6 - доставочные (буровые) орты; 7 - веера скважин; 8 - часть камеры, заложенная твердеющей смесью; 9 - часть камеры, заложенная гидравлической смесью.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом.

Отработку камер в блоке осуществляют в «шахматном» порядке по схеме I-_III-II-_IV так, как показано на фиг.1-5. Порядок отработки камер в блоке следующий. Первой отрабатывают камеру I. После ее закладки, не дожидаясь набора нормативной прочности, приступают к отработке камеры II. После ее закладки и набора нормативной прочности закладочного массива в камерах I и II переходят к отработке камер III и IV по указанной ранее схеме с расположением на один подэтаж ниже. Отработку и закладку камер III и IV в блоке проводят аналогично отработке и закладке камер I и II. В этом же порядке отрабатывают камеры в других блоках. Отработку блоков в панели осуществляют параллельно и независимо друг от друга.

Камеры в блоке отрабатывают вкрест простирания рудного тела. Конструкция днища в камерах на стадии отбойки и отгрузки руды - траншейное. По окончании отгрузки руды отбойку траншейного целика осуществляют в днище камеры, производят зачистку ее почвы и формируется плоское днище.

Этапы проведения горных работ в блоке при выемке камерных запасов представлены на чертежах (фиг.1-6).

Этап 1 (фиг.1 и 2). Подготовку запасов камеры I на доставочном горизонте осуществляют проведением из доставочного орта 1, пройденного по камере III, погрузочных заездов 4, из которых по оси камеры I на всю ее длину проходят буровой орт 2, на подэтажном (буровом) горизонте - проходкой по оси камеры I подэтажного бурового орта 3. Подготовку вентиляционно-закладочного горизонта - проходкой по кровле камеры I тупикового вентиляционно-закладочного орта 5. Между собой горизонты сбивают отрезным восстающим (на схеме не показан) на всю высоту камеры I.

Отработку запасов камеры I начинают с образования отрезной щели на всю ширину камеры I. Очистная выемка включает в себя отбойку основных запасов камеры I веерами скважин 7 и выпуском отбитой руды на доставочный горизонт из погрузочных заездов 4. После окончания очистных работ производят закладку выработанного пространства камеры I твердеющей 8 и гидравлической 9 смесями.

Этап 2 (фиг.3). К отработке камеры II приступают по окончании заполнения закладкой очистного пространства камеры I, не дожидаясь набора прочности закладочным массивом. Подготовку запасов камеры II на доставочном горизонте осуществляют проведением из доставочного орта 1, пройденного по камере III нижележащего подэтажа, погрузочных заездов 4, из которых по оси камеры II на всю ее длину проходят буровой орт 2. Подготовительной выработкой в камере II на подэтажном (буровом) горизонте является орт 6, пройденный по оси камеры II, который использовался в качестве доставочного орта для отработки камер III и IV вышележащего подэтажа. Для отработки камеры II орт 6 используют в качестве подэтажного бурового орта. Подготовку вентиляционно-закладочного горизонта ведут проходкой по кровле камеры II тупикового вентиляционно-закладочного орта 5. Между собой горизонты сбиваются отрезным восстающим на всю высоту камеры II.

Очистные работы, выпуск и доставку отбитой руды из камеры II производят аналогично камере первой очереди I. По окончании очистных работ выработанное пространство камеры II закладывают.

Этап 3 (фиг.4). К отработке камеры III приступают по окончании набора нормативной прочности закладочного массива в камерах I и II. Подготовка запасов камеры III на доставочном горизонте осуществляется проведением из доставочного орта 1, пройденного по камере II нижележащего подэтажа, погрузочных заездов 4, из которых по оси камеры III на всю ее длину проходят буровой орт 2. Подготовительной выработкой в камере III на подэтажном (буровом) горизонте служит орт 6, пройденный по оси камеры III, который использовался в качестве доставочного орта для отработки камер I и II очередей вышележащего подэтажа. Для отработки камеры III орт 6 используют в качестве подэтажного бурового орта. Подготовку вентиляционно-закладочного горизонта ведут проходкой по кровле камеры III тупикового вентиляционно-закладочного орта 5. Между собой горизонты сбиваются отрезным восстающим на всю высоту камеры III. Отработку и закладку камеры III производят аналогично камерам I и II.

Этап 4 (фиг.5). К отработке камеры IV приступают по окончании заполнения закладкой очистного пространства камеры III, не дожидаясь набора прочности закладочным массивом. Подготовку запасов камеры IV на доставочном горизонте осуществляют проведением из доставочного орта 1, пройденного по камере II нижележащего подэтажа, погрузочных заездов 4, из которых по оси камеры IV на всю ее длину проходят буровой орт 2. Для подготовки запасов камеры IV на подэтажном (буровом) горизонте проходят по оси камеры IV подэтажный буровой орт 3. Подготовку вентиляционно-закладочного горизонта ведут проходкой по кровле камеры IV тупикового вентиляционно-закладочного орта 5. Между собой горизонты сбиваются отрезным восстающим на всю высоту камеры IV. Отработку и закладку камеры IV производят аналогично камерам I, II и III.

Смещением в каждом выемочном блоке днищ камер III и IV (рудные целики) относительно днищ камер I и II (бывшие рудные целики) на половину высоты этих камер (подэтаж), а затем днищ камер I и II (будущие рудные целики) относительно днищ камер III и IV (будущие рудные целики) на подэтаж и так далее образуют «шахматный» порядок отработки. Отбойку руды верхней части камерных запасов ведут между искусственными целиками из твердеющей закладки, а нижней части - в рудном массиве. Коэффициент формы (К_ф=b_ц/h_ц) рудного целика соответствует условию:

0,5<b_ц/h_ц<1,

где: b_ц - ширина рудного целика (ширина неотработанной камеры), м;

h_ц - высота рудного целика (половина высоты неотработанной камеры), м.

Выполнение этого условия обеспечивает необходимый запас прочности и устойчивости рудных целиков и снижает влияние горного давления на элементы системы разработки в целом.

На фиг.6 представлена технологическая схема и параметры закладки камер. Закладку всех камер I, II, III и IV на 2/3 их ее высоты осуществляют твердеющей смесью, а верхнюю 1/3 часть камер - гидравлической. «Шахматный» порядок отработки камер со смещением днища смежных камер I (II) и III (IV) на один подэтаж позволяет исключить проникновение гидравлической закладки в очистное пространство отрабатываемой камеры, так как при заполнении 2/3 камеры твердеющей смесью и указанном смещении днища смежных камер, границу между твердеющей и гидравлической закладкой в камере формируют выше отметки кровли камер нижележащего подэтажа на 1/6 ее высоты. Это позволяет исключить попадание гидравлической закладки в очистное пространство камеры, чем уменьшить разубоживание руды. Замена 1/3 объема камеры твердеющей закладки на гидравлическую позволит снизить себестоимость закладочных работ.

Заявляемый способ разработан ОАО «Уралмеханобр» при выполнении проекта на отработку рудных тел гор. 830-910 м Гайского подземного рудника.

Источники информации

1. Способ разработки мощных крутопадающих рудных тел. Патент РФ №2093678, МПК E21C 41/22, 20.10.1997 (аналог).

2. Способ подземной разработки мощных рудных тел. Патент РФ №2323337, МПК E21C 41/22, 27.06.2007 (аналог).

3. Уральская горная энциклопедия. Урал горный на рубеже веков. Том II. Екатеринбург, 2004, с. 289 (прототип).