Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РАЗРАБОТКИ МОЩНЫХ КРУТОПАДАЮЩИХ ЗАЛЕЖЕЙ НЕУСТОЙЧИВЫХ РУД

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при подземной разработке мощных крутопадающих залежей неустойчивых руд слоями с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями.

Известен способ разработки крутопадающих рудных залежей (М.Н.Цигалов. Подземная разработка с высокой полнотой выемки руд. - М.: Недра, 1985, с.223), включающий разделение рудного тела на слои, последовательно отрабатываемые в восходящем порядке с закладкой выработанного пространства твердеющими материалами.

Недостатками данного способа являются повышенная опасность горных работ, связанная с обрушениями пород кровли в местах ведения очистных работ, и значительные затраты на крепление выработок при отработке мощных крутопадающих залежей, представленных неустойчивыми рудами. Указанные недостатки связаны с неоднократной подработкой рудного массива и снижением его устойчивости.

Известен способ разработки крутопадающих рудных залежей (В.П.Зубов, А.А.Антонов. Концепция отработки Яковлевского железорудного месторождения на участках богатых железных руд. Записки горного института. Т.168, Санкт-Петербург, 2006, с.203-210), включающий разделение рудного тела на слои, последовательно отрабатываемые в нисходящем порядке с закладкой выработанного пространства твердеющими материалами, выемку слоев первичными заходками, проходимыми в рудном массиве, и присечными заходками, проходимыми в непосредственной близости от закладочного массива.

Недостатком данного способа при отработке мощных крутопадающих месторождений, представленных неустойчивыми рудами, является повышенная опасность горных работ, связанная с обрушениями пород кровли и боков в заходках.

Известен способ разработки крутопадающих рудных тел (Патент РФ №2209972, опубл. 10.08.2003, Е21С 41/22). Данный способ включает разделение рудного тела на слои, последовательно отрабатываемые в нисходящем порядке, выемку слоев заходками и закладку выработанного пространства твердеющими материалами.

Недостатком данного способа при отработке мощных крутопадающих месторождений, представленных неустойчивыми рудами, является повышенная опасность горных работ, связанная с обрушениями пород кровли и боков очистных заходок.

Известен способ разработки крутопадающих месторождений руд (Н.И.Чесноков, А.А.Петросов, Б.Ф.Шевченко. Системы разработки месторождений урана с твердеющей закладкой. Атомиздат, 1975, с.142-144), принятый за прототип. Данный способ включает разделение рудного тела на слои, отрабатываемые последовательно в нисходящем порядке с закладкой выработанного пространства твердеющими материалами, выемку слоев первичными заходками, проходимыми в рудном массиве, и заходками, проходимыми в непосредственной близости от закладочного массива (присечные заходки), крепление заходок рамной крепью.

Недостатками данного способа при отработке мощных крутопадающих месторождений с неустойчивыми легко обрушающимися рудами являются повышенная опасность горных работ и значительные затраты на крепление заходок рамной крепью.

Техническим результатом предлагаемого способа является предотвращение опасных обрушений вмещающих пород и уменьшение затрат на крепление заходок при отработке мощных крутопадающих залежей неустойчивых, легко обрушающихся руд.

Технический результат достигается тем, что способ разработки мощных крутопадающих залежей неустойчивых руд включает разделение рудного тела на слои, отрабатываемые в нисходящем порядке с закладкой выработанного пространства твердеющими материалами, выемку слоев первичными заходками, проходимыми в рудном массиве, и присечными заходками, проходимыми в непосредственной близости от закладочного массива, крепление заходок рамной крепью.

Согласно изобретению при проходке первичной заходки устанавливают рамы крепи, состоящие из верхняка и двух стоек, при проходке присечных заходок устанавливают рамы крепи, каждая из которых состоит из верхняка и одной стойки, расположенной со стороны рудного массива, второй конец верхняка крепи присечных заходок опирают на закладочный массив, до закладки присечной заходки, проходимой с одной из сторон закладочного массива, созданного в первичной заходке, извлекают ближайшие к ней стойки крепи первичной заходки, до закладки присечной заходки, проходимой с другой стороны закладочного массива, созданного в первичной заходке, извлекают верхняки и вторые стойки крепи первичной заходки.

При использовании верхняков, имеющих прямолинейную форму, ширину присечных заходок принимают меньше ширины первичных заходок на величину, равную длине отрезка верхняка крепи присечной заходки, опирающегося на закладочный массив.

При креплении заходок прямоугольной или трапециевидной рамной крепью используют металлические стойки, состоящие из двух элементов, соединенных клиновым замком.

Предлагаемый способ разработки мощных крутопадающих залежей неустойчивых руд поясняется принципиальными схемами, представленными на фиг.1-4.

На фиг.1-4: 1 - рудный массив; 2 - закладочный массив; 3 - первичная заходка; 4, 5, 6 - присечные заходки; 7, 10, 12, 13 - верхняки рамной крепи; 8, 9 - стойки рамной крепи первичной заходки 3; 11, 14, 15 - стойки рамной крепи присечных заходок 4, 5 и 6, расположенные со стороны рудного массива; h - мощность отрабатываемого слоя; a₁ - ширина первичной заходки; а₂ - ширина присечной заходки, с - длина отрезка верхняка крепи присечной заходки, опирающегося на закладочный массив.

Принципиальные схемы на фиг.1-3 иллюстрируют различные стадии выполнения работ при реализации заявляемого способа разработки мощных крутопадающих залежей неустойчивых руд:

на фиг.1 пройдена первичная заходка 3 шириной а₁;

на фиг.2 произведена закладка первичной заходки 3 твердеющими материалами, пройдена присечная заходка 4 шириной а₂, извлечена стойка 9 рамной крепи первичной заходки 3;

на фиг.3 произведена закладка присечной заходки 4 твердеющими материалами, пройдены присечные заходки 5 и 6, извлечена стойка 8 и верхняк 7 первичной заходки 3, извлечена стойка 11 и верхняк 10 присечной заходки 4.

На фиг.4 приведена принципиальная схема расположения верхняков 7 и 10 рамной крепи соответственно в первичной (шириной a₁) и присечной (шириной а₂) заходках для стадии горных работ, иллюстрируемой фиг.2.

Предлагаемый способ разработки мощных крутопадающих залежей неустойчивых руд осуществляют следующим образом. Рудное тело делят на слои мощностью h (фиг.1-3), которые последовательно отрабатывают в нисходящем порядке с закладкой выработанного пространства твердеющими материалами (например, цементными, шлаковыми, известковыми). Выемку руды в слоях осуществляют первичными заходками 3, проходимыми в рудном массиве, и присечными заходками 4, 5 и 6, проходимыми в непосредственной близости от закладочного массива без оставления рудного целика между закладочным массивом и присечной заходкой.

При проходке первичной заходки 3 (фиг.1) устанавливают рамы крепи, каждая из которых состоит из верхняка 7 и двух стоек 8 и 9. После проходки первичной заходки 3 производят ее закладку твердеющими материалами. После закладки первичной заходки 3 проходят присечные заходки.

При проходке присечной заходки 4 (фиг.2) устанавливают рамы крепи, каждая из которых состоит из верхняка 10 и одной стойки 11, расположенной со стороны рудного массива. Один конец верхняка 10 опирают на стойку 11, а второй конец верхняка 10 опирают на закладочный массив, созданный в первичной заходке 3.

Перед закладкой твердеющими материалами присечной заходки 4, проходимой с одной из сторон закладочного массива, созданного в первичной заходке 3, извлекают ближайшие к присечной заходке 4 стойки крепи 9 первичной заходки 3.

Перед закладкой присечной заходки 5, проходимой с другой стороны закладочного массива, созданного в первичной заходке 3, извлекают верхняки 7 и вторые стойки 8 рам крепи первичной заходки 3. Перед закладкой присечной заходки 6 извлекают стойку 11 и верхняк 10 присечной заходки 4. В результате извлекаются все элементы рам крепи, установленных в первичных и присечных заходках.

Использование рамной крепи в заходках позволяет предотвратить опасные обрушения кровли и боков заходок. Извлечение крепи после выполнения ею своих функций и повторное использование крепи позволяет снизить затраты на крепление заходок.

При реализации предлагаемого способа может быть использована рамная крепь с верхняками различной формы (прямолинейной, арочной и др.).

При использовании верхняков, имеющих прямолинейную форму, для повышения эффективности способа ширину присечных заходок а₂ принимают меньше ширины первичных заходок а₁ на величину, равную длине отрезка с (фиг.4) верхняка крепи присечной заходки, опирающегося на закладочный массив. Это позволяет повторно использовать в присечных заходках верхняки рамной крепи, которые ранее использовались в первичных заходках.

Использование в присечных заходках рам крепи, состоящих из верхняка и одной стойки (с опорой второго конца верхняка на закладочный массив), позволяет снизить затраты на установку и демонтаж крепи, а также расход материалов (металл, дерево и др.), из которых изготовлена крепь.

Использование при креплении заходок прямоугольной или трапециевидной рамной крепью металлических стоек, состоящих из двух элементов, соединенных клиновым замком, уменьшает продолжительность и трудоемкость работ по извлечению стоек и степень их деформирования. Такие стойки используются многократно, что снижает затраты на крепление заходок.

Ширину первичных и вторичных заходок (a₁, а₂), тип рамной крепи, форму верхняков, а также длину отрезка с (фиг.4) верхняка крепи присечной заходки, опирающегося на закладочный массив, определяют в каждом конкретном случае с использованием известных методов шахтных, лабораторных или аналитических исследований в зависимости от прочностных свойств закладочного массива, горно-геологических и горнотехнических условий отработки рудного тела.

Использование заявляемого способа позволяет предотвратить опасные обрушения пород кровли и боков заходок, уменьшить затраты на крепление заходок. Максимальный эффект при использовании заявляемого способа достигается при отработке первого (верхнего) слоя, кровлей которого является неустойчивый рудный массив.

Областью экономически эффективного использования заявляемого способа являются рудные залежи с неустойчивыми, легко обрушающимися рудами. К числу таких месторождений относится, например, Яковлевское месторождение богатых железных руд. На данном месторождении горизонтальная мощность рудного тела достигает 300 м и более, угол падения 60-70°, железнослюдково-мартитовые руды (до 55%) неустойчивые, с пределом прочности на одноосное сжатие от 0,3 до 15 МПа.