Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГОРНЫМ ДАВЛЕНИЕМ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И НАКЛОННЫХ ЛИНЗООБРАЗНЫХ РУДНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ

Техническое решение относится к горной промышленности и может быть использовано для управления горным давлением при подземной разработке горизонтальных и наклонных линзообразных рудных залежей.

Известен способ управления горным давлением (а.с. СССР №1606667, Е21С 41/16, опубл. в БИ №42, 1990 г.), включающий поддержание налегающих пород искусственными целиками из твердеющей смеси, формирование при выемке руды массивного рудного целика между искусственными целиками, проведение посадочных выработок в налегающих породах кровли, бурение из них взрывных скважин в пределах свода естественного равновесия налегающих пород кровли над массивным рудным целиком, перераспределение горного давления на искусственные целики отработкой запасов массивного рудного целика и обрушение пород кровли, причем искусственные целики и центральную часть массивного рудного целика сначала нагружают отработкой камерами его краевых частей у искусственных целиков, а затем производят полную разгрузку массивного рудного целика принудительным обрушением пород кровли между искусственными целиками на образованные камеры, при этом создают подпор искусственных целиков обрушенными породами, после чего отрабатывают полностью запасы массивного рудного целика с формированием у боковых поверхностей искусственных целиков подпорных откосов.

Основным недостатком известного способа является высокая изрезанность посадочными выработками пород кровли над искусственными целиками из твердеющей смеси, что снижает безопасность труда проходчиков при проведении посадочных выработок, так как создает повышенную концентрацию напряжений вокруг этих выработок, повышая вероятность динамических проявлений горного давления при ведении работ. Кроме того, расположение посадочных выработок над искусственными целиками из твердеющей смеси не позволяет точно воспроизвести скважинами контуры свода естественного равновесия налегающих пород кровли над массивным рудным целиком, что также снижает безопасность труда проходчиков за счет высокой вероятности динамических проявлений горного давления.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к предлагаемому техническому решению является способ управления горным давлением (патент РФ №2454540, Е21С 41/16, опубл. в БИ №18, 2012 г.), включающий проходку подготовительно-нарезных выработок, отработку первичных камер трапециевидного сечения и заполнение их твердеющей смесью с образованием искусственных целиков, формирование массивного рудного целика между искусственными целиками и перераспределение горного давления на искусственные целики частичной отработкой запасов краевых частей массивного рудного целика расширяющимися кверху камерами у искусственных целиков, проведение посадочной выработки в налегающих породах кровли, бурение из нее взрывных скважин в пределах свода естественного равновесия налегающих пород кровли над массивным рудным целиком, полную разгрузку массивного рудного целика принудительным обрушением пород кровли между искусственными целиками на расширяющиеся кверху камеры, создание подпора искусственных целиков обрушенными породами и отработку запасов массивного рудного целика с поддержанием налегающих пород кровли сводом естественного равновесия, опирающимся на искусственные целики и сформированные у боковых поверхностей искусственных целиков в процессе отгрузки отбитой руды подпорные откосы. Посадочную выработку проходят вдоль оси симметрии массивного рудного целика по контакту с рудной залежью, причем взрывные скважины из посадочной выработки бурят радиально таким образом, чтобы концы этих скважин наиболее точно формировали размеры и поверхность контура указанного свода естественного равновесия в соответствии с расчетным пределом прочности массива налегающих пород кровли.

При реализации известного способа в условиях подземной разработки горизонтальных и наклонных линзообразных рудных залежей не регламентирован пролет L свода естественного равновесия, что может привести к превышению безопасного его предела при поддержании налегающих пород кровли, созданию опасной концентрации горного давления, вывалам пород и, как следствие, к созданию вероятности динамических проявлений горного давления. Проведение одиночной посадочной выработки в налегающих породах кровли негативно влияет на безопасность труда из-за плохих условий проветривания посадочной выработки и отсутствия запасного выхода из нее. Бурение из одиночной посадочной выработки радиальных взрывных скважин таким образом, чтобы концы этих скважин наиболее точно формировали размеры и поверхность контура свода естественного равновесия в соответствии с расчетным пределом прочности массива налегающих пород кровли в пределах свода естественного равновесия над массивным рудным целиком, в условиях изменяющейся мощности линзообразной рудной залежи затруднено, что искажает контур свода естественного равновесия, повышает вероятность динамических проявлений горного давления.

Кроме того, отработка массивного рудного целика одним линейным или уступным фронтом очистных работ существенно снижает производительность очистных работ, а при превышении величины допустимого пролета L в выработанном пространстве возможно обрушение налегающих пород кровли между искусственными целиками, воздушный удар и, как следствие, повышение вероятности динамических проявлений горного давления.

Известное решение не предполагает отработку зон выклинивания линзообразной рудной залежи, так как оно применяется для пластообразных рудных залежей.

Техническая задача - повышение безопасности труда проходчиков при проведении технологических операций по управлению горным давлением при подземной разработке горизонтальных и наклонных линзообразных рудных залежей за счет снижения вероятности динамических проявлений горного давления при наиболее точном соблюдении формы и размеров свода естественного равновесия налегающих пород кровли над массивным рудным целиком в условиях изменяющейся мощности линзообразной рудной залежи, организации запасных выходов и улучшения условий вентиляции при повышении производительности труда.

Поставленная задача решается тем, что в способе управления горным давлением при подземной разработке горизонтальных и наклонных линзообразных рудных залежей, включающем проходку подготовительно-нарезных выработок и уклонов, отработку первичных камер трапециевидного сечения и заполнение их твердеющей смесью с образованием искусственных целиков и оставлением массивного рудного целика между ними, перераспределение горного давления на искусственные целики послойной отработкой запасов массивного рудного целика взрывными рудными скважинами, проведение посадочной выработки в массиве налегающих пород кровли вдоль оси симметрии массивного рудного целика по контакту с рудной залежью, обрушение налегающих пород кровли в пределах свода естественного равновесия налегающих пород кровли над массивным рудным целиком бурением радиальных взрывных породных скважин таким образом, чтобы концы этих скважин наиболее точно формировали размеры и поверхность контура указанного свода естественного равновесия в соответствии с расчетным пределом прочности массива налегающих пород кровли, создание подпора искусственных целиков обрушенными породами и отработку запасов массивного рудного целика с поддержанием налегающих пород кровли сводом естественного равновесия, опирающимся на искусственные целики и сформированные у боковых поверхностей искусственных целиков в процессе отгрузки отбитой руды подпорные откосы, в соответствии с предлагаемым техническим решением искусственные целики образуют в центральной, наиболее мощной, части линзообразной рудной залежи и массивный рудный целик между ними оставляют шириной в верхней части, численно равной допустимому пролету L выработанного пространства. Посадочную выработку и дополнительную посадочную выработку проходят параллельно оси симметрии массивного рудного целика на расстоянии трети допустимого пролета L выработанного пространства одну от другой и соединяют их сбойкой по контакту с линзообразной рудной залежью. Перераспределение горного давления на искусственные целики послойной отработкой запасов массивного рудного целика взрывными рудными скважинами производят рудными слоями по всей его ширине с бурением и короткозамедленным взрыванием взрывных рудных скважин за один прием сначала у искусственных целиков, а затем в центральной части массивного рудного целика. Обрушение налегающих пород кровли в пределах свода естественного равновесия налегающих пород кровли над массивным рудным целиком ведут наклонными породными слоями с бурением и взрыванием взрывных породных скважин на высоту указанного свода естественного равновесия. Взрывание взрывных породных скважин ведут с замедлением, начиная от ближайших к искусственным целикам и заканчивая взрывными породными скважинами, образующими сбойку по контакту с линзообразной рудной залежью в следующем наклонном породном слое.

Совместное действие вышеперечисленных признаков позволяет достигнуть решения поставленной технической задачи - повышения безопасности труда при управлении горным давлением при подземной разработке горизонтальных и наклонных линзообразных рудных залежей за счет снижения вероятности динамических проявлений горного давления при наиболее точном соблюдении формы и размеров указанного свода естественного равновесия над массивным рудным целиком в условиях изменяющейся мощности линзообразной рудной залежи, организации запасных выходов и улучшения условий вентиляции за счет проведения дополнительной посадочной выработки и сбойки.

Целесообразно отработку запасов массивного рудного целика производить двумя расходящимися фронтами очистных работ до тех пор, пока расстояние между ними не достигнет величины допустимого пролета L выработанного пространства, а затем указанную отработку запасов остановить и изолировать выработанное пространство от подготовительно-нарезных, посадочной и дополнительной посадочной выработок на их участках в каждом из двух расходящихся фронтов очистных работ.

Это дополнительно уменьшает концентрацию напряжений вдоль фронта очистных работ за счет непревышения величины допустимого пролета L в выработанном пространстве, снижает вероятность динамических проявлений горного давления, вследствие чего повышается безопасность труда. Изоляция выработанного пространства позволяет избежать воздушного удара при обрушении налегающих пород кровли во время отработки зон выклинивания линзообразной рудной залежи, вследствие чего повышается безопасность труда. Одновременно повышается производительность труда за счет введения дополнительного фронта очистных работ.

Целесообразно также производить отработку зон выклинивания линзообразной рудной залежи в направлении уменьшения ее мощности расходящимися фронтами очистных работ с обрушением налегающих пород кровли, а бурение и взрывание взрывных рудных скважин и взрывных породных скважин и выпуск отбитой руды под отбитой породой производить из подготовительно-нарезных уклонов.

Это дополнительно уменьшает концентрацию напряжений вдоль фронта очистных работ, снижая вероятность динамических проявлений горного давления, вследствие чего повышается безопасность труда.

Таким образом, совокупным действием приведенных признаков обеспечивается наиболее эффективное решение поставленной задачи.

Сущность технического решения иллюстрируется на примере способа управления горным давлением при подземной разработке горизонтальной линзообразной рудной залежи и чертежами фиг. 1-6, где на фиг. 1 показан план горизонта выпуска (разрез Г-Г на фиг. 2-5); на фиг. 2 - вертикальный разрез линзообразной рудной залежи параллельно расходящимся фронтам очистных работ (разрез А-А на фиг. 1) на момент проведения буровых работ в массивном рудном целике и по своду естественного равновесия над массивным рудным целиком; на фиг. 3 - вертикальный разрез линзообразной рудной залежи параллельно расходящимся фронтам очистных работ (разрез Б-Б на фиг. 1) на момент отгрузки отбитой руды; на фиг. 4 - вертикальный разрез линзообразной рудной залежи параллельно расходящимся фронтам очистных работ (разрез В-В на фиг. 1) на момент завершения работ по формированию свода естественного равновесия; на фиг. 5 - вертикальный разрез линзообразной рудной залежи ортогонально расходящимся фронтам очистных работ (разрез Д-Д на фиг. 1); на фиг. 6 - разрез В-В на фиг. 1 на момент отработки зоны выклинивания линзообразной рудной залежи.

Предлагаемый способ реализуют следующим образом.

В породном массиве 1 и в линзообразной рудной залежи 2 (фиг. 1) проходят подготовительно-нарезные выработки 3. В центральной, наиболее мощной, части линзообразной рудной залежи 2 отрабатывают камеры трапециевидного сечения длиной Z и заполняют их твердеющей смесью с образованием искусственных целиков 4 и оставляют массивный рудный целик 5 между ними, ширина которого в верхней части равна допустимому пролету L выработанного пространства (фиг. 2), определяемому, например, по эмпирической формуле Давыдова С.С. (Гелескул М.Н., Каретников В.Н. Справочник по креплению капитальных и подготовительных горных выработок. - М: Недра, 1982): , где f - коэффициент крепости породы по Протодьяконову М.М.; γ - плотность породы, т/м³. Затем в породном массиве 1 проходят посадочную выработку 6 и дополнительную посадочную выработку 7 параллельно оси симметрии массивного рудного целика 5 на расстоянии трети допустимого пролета L выработанного пространства одну от другой и соединяют их сбойкой 9 (фиг. 2-4) по контакту с линзообразной рудной залежью 2. Перераспределение горного давления на искусственные целики 4 производят отработкой запасов массивного рудного целика 5 по всей его ширине L рудными слоями 10 (фиг. 1, 5) с бурением и короткозамедленным взрыванием взрывных рудных скважин 11 за один прием сначала у искусственных целиков 4, а затем в центральной части массивного рудного целика 5 (фиг. 2). Это позволяет обеспечить сохранность искусственных целиков 4. Обрушение налегающих пород 8 кровли над массивным рудным целиком 5 в пределах свода 13 естественного равновесия ведут наклонными породными слоями 14 бурением и взрыванием взрывных породных скважин 15 (фиг. 5) на высоту h указанного свода 13 естественного равновесия с замедлением, начиная от ближайших к искусственным целикам 4 и заканчивая взрывными породными скважинами 15, образующими сбойку 9 по контакту с линзообразной рудной залежью 2 в следующем наклонном породном слое 14.

Высоту h указанного свода 13 естественного равновесия (фиг. 2-5) определяют из зависимости h=L/0,2 R, где R - расчетное сопротивление налегающих пород 8 кровли сжатию, МПа. Отброс отбитой породы 16 происходит с образованием подпорных откосов 17 у искусственных целиков 4 (фиг. 4).

Целесообразно производить отработку запасов массивного рудного целика 5 двумя расходящимися фронтами 18 и 19 очистных работ (фиг. 5) до тех пор, пока расстояние между ними не достигнет величины допустимого пролета L выработанного пространства 20. Затем отработку запасов останавливают и изолируют выработанное пространство 20 от подготовительно-нарезных выработок 3, посадочной выработки 6 и дополнительной посадочной выработки 7 на их участках, например, отбитой породой 16 на каждом из двух расходящихся фронтов 18 и 19 очистных работ (фиг. 5).

Это позволяет уменьшить концентрацию напряжений вдоль фронтов 18 и 19 очистных работ, что в свою очередь дополнительно снижает вероятность динамических проявлений горного давления и исключает воздушный удар в случае массового обрушения налегающих пород 8 кровли, вследствие чего повышается безопасность труда.

Целесообразно отработку зон 21 выклинивания линзообразной рудной залежи 2 производить в направлении уменьшения ее мощности расходящимися фронтами 22 и 23 очистных работ с обрушением налегающих пород 8 кровли (фиг. 6), а бурение и взрывание взрывных рудных скважин 24 и взрывных породных скважин 25 и выпуск отбитой руды 12 под отбитой породой 16 производить из подготовительно-нарезных уклонов 26. Это дополнительно уменьшает концентрацию напряжений вдоль фронтов 22 и 23 очистных работ, снижая вероятность динамических проявлений горного давления, вследствие чего повышается безопасность труда.

Реализация способа управления горным давлением при подземной разработке горизонтальных и наклонных линзообразных рудных залежей максимальной мощностью до 40 м на рудниках ОАО «ГМК Норильский никель» позволит повысить безопасность труда проходчиков при проведении технологических операций по управлению горным давлением за счет снижения вероятности динамических проявлений горного давления при наиболее точном соблюдении формы и размеров свода естественного равновесия над массивным рудным целиком в условиях изменяющейся мощности линзообразной рудной залежи, организовать запасные выходы через дополнительную посадочную выработку и сбойку, улучшить условий вентиляции, а также повысить экономическую эффективность на 20÷25% за счет снижения затрат на закладочные работы и повышения производительности труда.