Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РАЗРАБОТКИ МОЩНЫХ КРУТОПАДАЮЩИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕУСТОЙЧИВЫХ РУД

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для разработки крутопадающих месторождений неустойчивых руд.

Известен способ разработки крутопадающих и наклонных месторождений малой и средней мощности камерами (патент RU №2247245, опубл. 27.02.2003 г.), выполненными в виде вытянутого шестигранника с частичной закладкой, при котором отрабатываемые камеры разделяются на две части, одну из которых, располагаемую на периферии шестигранника, после отбойки и выпуска из нее руды закладывают твердеющей закладкой.

Недостатками данного способа является высокая трудоемкость подготовительных работ и, применительно к слабым рудам, наличие вертикального обнажения в рудном массиве в стенах или одной стене камеры, которое может привести к самопроизвольному, неуправляемому обрушению стен камеры.

Известен способ разработки рудных месторождений (авторское свидетельство SU №1638302, опубл. 30.03.1991 г.), камерами полигональной формы в нисходящем порядке с закладкой выработанного пространства со смещением камер нижележащего этажа на половину их ширины.

К недостаткам данного способа можно отнести наличие вертикальных обнажений в стенках камер, что может привести к их самопроизвольному обрушению и сложную форму камеры, при ведении взрывных работ в камере смежной с заложенной неизбежно разрушение закладочного массива и разубоживание отбитой руды закладкой.

Известен способ крутопадающих рудных тел с неустойчивыми рудами (патент RU №2515285, опубл. 10.05.2014 г.), заключающийся в отработке камер нисходящим порядком путем бурения вееров скважин из буровой выработки в кровле камеры и отгрузкой руды с использованием самоходной техники через откаточные выработки, расположенные на почве камеры. Закладка осуществляется до уровня буровой выработки после отработки камеры на всю длину для упрощения вентиляции соседних камер.

Недостатком данного способа являются большие размеры горизонтальных обнажений в кровле камер, которые могут негативно сказаться на устойчивости массива и способны вызвать осадку закладочного материала в кровле рабочей камеры.

Известен способ разработки мощных крутопадающих залежей слабых руд (патент RU №2248448, опубл. 20.03.2005 г.), принятый за прототип. Данный способ включает проходку вентиляционно-закладочных и буропогрузочных ортов, выемку полезного ископаемого камерами ромбической или эллипсовидной формы, со смещением камер смежных этажей и закладкой выработанного пространства.

Недостатками данного способа являются: проветривание выработок по тупиковой схеме с необходимостью установки вентиляторов местного проветривания; образование пустот в кровле камер в результате усадки закладочного массива, что снижает устойчивость обнажений пород; сложность проведения дозакладочных работ.

Техническим результатом изобретения является повышение безопасности отработки мощных крутопадающих месторождений неустойчивых руд, залегающих под днищами карьеров или под толщей обводненных четвертичных отложений, подработка которых сопряжена с опасностью прорыва подземных вод в рабочее пространство рудника.

Технический результат достигается тем, что подготовительные работы осуществляются проходкой вентиляционно-закладочных и тупиковых буродоставочных ортов, со скважинной отбойкой руды взрывным способом, с закладкой камеры с оставлением в кровле недозаклада, достаточного для свободного прохода людей и осуществления вентиляционно-закладочных работ. Ширину В и высоту h камер, высоту камер первого этажа h₁ и высоту камер второго этажа h₂, угол наклона боковых стен камер α определяют из выражения

B<L_уст; ; ; h₂≈B;

где В - ширина камеры, м;

h - высота камеры, м;

L_уст - устойчивый расчетный пролет защитного перекрытия, м;

h₁ - высота камеры первого этажа, м;

h₂ - высота камеры второго этажа, м;

b - ширина доставочного орта, м;

ϕ - угол внутреннего трения рудного массива, град;

α - угол наклона стенок камеры, град.

Способ разработки мощных крутопадающих месторождений неустойчивых руд поясняется следующими фигурами:

фиг. 1 - схема подготовки отработки блока камерной системой разработки с закладкой в нисходящем порядке, вертикальный разрез вкрест простирания;

фиг. 2 - план подготовительных и нарезных выработок третьего этажа;

фиг. 3 - схема заложенной камеры;

фиг. 4 - порядок выемки и закладки камер при отработке блока, вертикальный разрез по простиранию, где:

1 - породы лежачего бока рудного тела;

2 - руда;

3 - породы висячего бока;

4 - защитное перекрытие;

5 - откаточный штрек;

6 - рудоспуск;

7 - камера разгрузки;

8 - полевой штрек для проходки камер защитного перекрытия;

9 - вентиляционно-ходовой восстающий;

10 - полевые вентиляционно-доставочные штреки лежачего бока;

11 - буродоставочные орты 3-го этажа;

12 - транспортный уклон лежачего бока;

13 - вентиляционно-закладочный орт 3 этажа;

14 - буродоставочный орт 7-го этажа;

15 - заходка с отбитой рудой;

16 - буродоставочные орты 1-го этажа;

17 - заходка, заполненная закладкой;

18 - полевые вентиляционно-закладочные штреки нечетных этажей;

19 - транспортный уклон висячего бока;

20 - камера с отбитой рудой;

21 - камера, подготовленная к взрыву;

22 - камера, подготовленная к бурению;

23 - камера перед закладкой;

24 - буродоставочные орты;

25 - заложенная камера;

26 - отработанная камера, полностью заполненная закладкой;

27 - вентиляционно-закладочный орт, образованный недозакладом отработанной камеры.

Способ осуществляется следующим образом. На откаточный штрек 5 (фиг. 1) руда из камеры разгрузки 7 перепускается по рудоспуску 6. В камеру разгрузки 7 руда транспортируется по полевому вентиляционно-доставочному штреку 10 из буродоставочного орта 113-го этажа. Буродоставочный орт 11 3-го этажа проходится из полевого вентиляционно-доставочного штрека 10 лежачего бока. Вентиляционно-закладочные орты 13 проходят из полевого вентиляционно-закладочного штрека лежачего бока 10. Доставочные горизонты этажей соединяются транспортными уклонами 12, 19. Для подачи закладки проходится вентиляционно-закладочные штреки 18 в висячем боку и кровле камер оставляют недозаклад 27, достаточный для прохода людей, осуществления вентиляционных и закладочных работ. Отработка камер ведется в направлении от пород висячего бока 3 к породам лежачего бока рудного тела 1 заходками с отбитой рудой 15. Длина заходки принимается с учетом срока стояния камеры и технологических параметров. Каждая заходкас отбитой рудой 15 закладывается вслед за отгрузкой руды.

Вентиляция осуществляться за счет общешахтной депрессии кроме случаев, когда заходка 15 заполнена рудой и сквозная вентиляция невозможна. В таком случае буродоставочный орт 11 проветривается на всю длину очистной выработки по тупиковой схеме с помощью ВМП.

Защитное перекрытие 4, сооружают непосредственно над верхним этажом со стороны лежачего бока. Для подготовки верхнего этажа к выемке непосредственно под защитным перекрытием 4 проходят буродоставочные орты 1-го этажа 16 из полевого штрека для проходки камер защитного перекрытия 8 (фиг. 1). В свою очередь, устойчивый пролет перекрытия зависит от нагрузки на перекрытие, его конструкции и материала.

Высота камер первого этажа, расположенных непосредственно под защитным перекрытием 4, равна половине их ширины и меньше расчетного устойчивого пролета искусственного перекрытия.

Высота камер второго этажа, расположенных непосредственно под защитным перекрытием 4, равна их ширине и меньше расчетного устойчивого пролета искусственного перекрытия.

Камеры отрабатывают заходками длиной от 6 до 15 м. Длина заходки определяется технологическими параметрами и временем цикла полной отработки камеры.

Вентиляционно-закладочный орт над искусственным массивом формируют в процессе закладки камеры, для этого подают закладку в камеру по закладочному трубопроводу, расположенному в вентиляционно-доставочном орте 13. По объему поданной закладки контролируют размеры недокзаклада. Высота недозаклада принимается достаточной для свободного прохода людей и размещения оборудования, осуществления вентиляции и ведения закладочных работ.

На фиг. 3 даны пояснения к формулам расчета параметров камер первого, второго, третьего и последующих этажей, показана камера после полной отработки и закладки вентиляционно-закладочного орта.

Камеры 3-го этажа подготавливаются (фиг. 4) проходкой вентиляционно-закладочных ортов 13 и буродоставочных ортов 11. Вентиляционно-закладочные орты проходятся (фиг. 1) в рудном массиве непосредственно под закладочным массивом камер 1-го этажа до сбойки с вентиляционно-закладочным штреком висячего бока 18. Буродоставочные орты 11 проходят по руде в основании камеры.

Порядок технологических процессов в камерах иллюстрируется отработкой 3-го этажа (фиг. 4). Для уменьшения взаимовлияния очистных работ камеры должны отрабатываться через одну. Камера 22, подготовленная к бурению; 21 - камера, подготовленная к взрыву; 20 - камера с отбитой рудой; 23 - камера перед закладкой; камера 25 заложена с оставлением недозаклада 27, который в дальнейшем используется (фиг. 1) как продолжение вентиляционно-закладочного орта 13; 26 - отработанная камера, полностью заполненная закладкой.

Последовательность отработки камер должна исключить подработку закладочного массива вышележащих этажей. Это условие обеспечивается, если камеры, смежные с рабочей, заполнены закладочным материалом, набравшим нормативную прочность, или еще не разрабатывались (рудный целик).

Буродоставочные орты в слабом рудном массиве целесообразно крепить стеклопластиковыми анкерами для исключения возможности вывалов руды из боков и кровли. Выбор данного типа крепи обусловлен возможностью разрушения стержня буровзрывными работами или исполнительным органом комбайна без повреждения его механизмов.

Прогноз устойчивости камер осуществлен путем моделирования области массива шириной 750 м и высотой 200 м с использованием метода конечных элементов на различных этапах ведения горных работ. На первом этапе рассматривался рудный массив, не имеющий ослаблений в виде выработок, далее в модели учитывалось ослабление в виде подготовительных выработок и дополнительная установка анкерной крепи. Затем моделировалась отработка камер. Моделирование показало, что применение камер полигональной формы в сочетании с анкерным креплением при отработке неустойчивых железных руд позволяет обеспечить устойчивость камер и выработок, пройденных в рудном массиве.

Использование заявляемого способа позволяет повысить безопасность труда горнорабочих и упростить схему вентиляции очистных камер при разработке мощных крутопадающих залежей неустойчивых руд: безопасность труда горнорабочего повышается за счет исключения обрушения из боков камер и уменьшения усадки заложенного массива за счет закладки вентиляционно-доставочных ортов после полной отработки камеры; упрощение схемы вентиляции достигается за счет перехода от тупиковой схемы вентиляции к сквозной за счет общешахтной депрессии.