Результат интеллектуальной деятельности: Способ отработки наклонных рудных тел малой мощности

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к подземной добыче руд и может быть использовано при разработке наклонных рудных тел малой мощности.

Известен способ разработки наклонных рудных тел малой мощности системой горизонтальных слоев с восходящей выемкой и послойной закладкой выработанного пространства [1]. Недостатком способа является повышенная концентрация напряжений горного давления на горизонтальной кровле слоя и стыке кровли с висячим боком, что приводит к снижению безопасности горных работ и необходимости крепления кровли выработанного пространства.

Известен способ повышения устойчивости горных выработок путем образования шатровой формы кровли выработки [2, табл. 11.2, с. 297]. Недостатком способа является то, что он предназначен для использования в протяженных горных выработках и при выемке рудных тел камерными системами разработки.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение устойчивости кровли отрабатываемого слоя при слоевой системе разработки с восходящей выемкой и послойной закладкой выработанного пространства, и вследствие этого, в обеспечении безопасности работ и в снижении затрат на крепление кровли слоя.

Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом способе отработки наклонных рудных тел малой мощности слоевой системой разработки с восходящей выемкой и послойной закладкой выработанного пространства, включающем обуривание и взрывание вышележащего слоя руды, уборку отбитой руды по почве слоя и заполнение выработанного пространства горизонтальным навалом закладочного материала с оставлением рабочего пространства, необходимого для производства очистных работ согласно изобретению верхнюю и нижнюю поверхность отбиваемого слоя руды располагают несогласно с горизонтальной поверхностью навала закладки под углом к висячему боку, равному или меньшему 110˚, а рабочее пространство в зависимости от мощности рудного тела в поперечном сечении формируют в виде треугольника или многоугольника с шатровой формой кровли, причем высоту рабочего пространства определяют по формуле:

H ≥ [h_б + А tgα tgφ]:(tgα +tgφ), м, где

h_б – безопасная высота прохода для людей, м;

α – угол наклона висячего бока к горизонту, град.;

φ – угол наклона нижней поверхности отбиваемого слоя руды к горизонту, град.;

А – безопасная ширина выработки на высоте h_б, м, определяется по формуле:

А=В_об +d₁+d₂, м, где

В_об – максимальная ширина применяемого оборудования, м;

d₁, d₂ – регламентируемые величины проходов для людей вдоль стенок выработки, м [3].

Под наклонными рудными телами понимаются рудные тела с углом падения 30-50˚, под рудными телами малой мощности – рудные тела нормальной мощности 2-5 м. При применении для отработки таких рудных тел системы горизонтальных слоев с восходящей выемкой и закладкой рабочее (очистное) пространство в поперечном сечении представляет собой параллелограмм с соотношением высоты и ширины от 1:1 до 1:3, представленный на фиг. 1, где 1 – отрабатываемый слой руды, 2 – рабочее (очистное) пространство, 3 – кровля рабочего (очистного) пространства, 4 – слой закладочного материала, размещаемый на почве рабочего (очистного) пространства после выемки слоя руды. При таких параметрах отработки в плоской кровле рабочего пространства возникают повышенные концентрации напряжений горного давления [3, рис. 6.12, с. 124], приводящие к возникновению растягивающих напряжений в кровле, опасности ее обрушения и необходимости крепления. Этот эффект часто усугубляется наличием на контакте руды с висячим боком неустойчивых прослойков налегающих пород.

Устойчивость кровли можно существенно повысить, если придать ей шатровую форму путем образования наклонной (по отношению к горизонту) нижней поверхности отрабатываемого слоя руды (фиг. 2, где 1 – отрабатываемый слой руды, 2 – рабочее (очистное) пространство, 3 – кровля рабочего (очистного) пространства, 4 – слой закладочного материала, размещаемый на почве рабочего (очистного) пространства после выемки слоя руды). При этом вид и величина напряжения в кровле зависит от соотношения высоты шатра h_ш к ширине его основания А [2, рис. 6.13в, с. 124]: при отношении указанных величин равном 0,5-0,7 растягивающие напряжения в кровле исчезают, в ней действуют сжимающие напряжения и кровля становится устойчивой. В то же время существенное увеличение высоты шатра по технологическим соображением нежелательно: кровлю необходимо периодически осматривать, обирать, что при большой высоте затруднительно. Вследствие этого целесообразно увеличивать угол между висячим боком и нижней поверхностью отбиваемого слоя. В большинстве случаев близким к оптимальному является угол наклона нижней поверхности рудного слоя к горизонтали 35-45˚ [3], что позволяет ограничить максимальный угол сопряжения висячего бока и рудного слоя (β) величиной 110˚, при увеличении этого угла устойчивость кровли заметно снижается.

Высота отбиваемого слоя руды определяется параметрами применяемого бурового оборудования, технологией очистной выемки, углом падения и мощностью рудных тел.

Отбойка руды, ее уборка и транспортирование осуществляется по поверхности заложенного нижележащего слоя, то есть поверхность этого слоя должна быть горизонтальной. Вследствие этого поперечное сечение рабочего пространства представляет собой треугольник или чаще многоугольник (иногда при малой мощности рудного тела потребуется подрыв лежачего бока). Основным требованием при этом является обеспечение размещения применяемого оборудования и безопасности работ. Регламентирующим параметром при этом является высота рабочего (очистного) пространства, которая может быть представлена как сумма безопасной высоты для прохода людей h_б и высоты шатра кровли h_ш (фиг. 3).

Величина h_б может быть принята равной 1,8 м в соответствии с [4].

Высота шатра h_ш из геометрических соотношений равна

h_ш= [А tgα tgφ]:(tgα +tgφ), м, где

α – угол наклона висячего бока к горизонту, град.;

φ – угол наклона нижней поверхности отбиваемого слоя руды к горизонту, град.;

А – ширина основания шатра, м.

По условию безопасности работ величина А должна быть равна или больше безопасной ширины выработки на высоте h_б, м. В соответствии с [4]

А = В_об + d₁ + d₂, м, где

В_об – максимальная ширина применяемого оборудования, м;

d₁, d₂ – регламентируемые величины проходов для людей вдоль стенок выработки, м [3].

Таким образом, общая высота рабочего (очистного) пространства определяется по формуле H ≥ [h_б + А tgα tgφ]:(tgα +tgφ), м.

Заявляемый способ отработки наклонных рудных тел малой мощности осуществляется следующим образом. По простиранию рудного тела проходится подсечной штрек, соединяемый заездами с транспортными и вентиляционными выработками. Подсечной штрек буровзрывным способом расширяется на всю горизонтальную мощность рудного тела, одновременно при этом оформляется шатровая форма очистного пространства. После этого восходящими или горизонтальными шпурами обуривается первый вышележащий слой руды. Отбойка руды производится секциями (заходками). Отбитая руда убирается с почвы подсечного штрека и транспортируется, как правило, самоходными погрузочно-доставочными машинами. После отработки рудного слоя на почве очистного пространства размещается горизонтальный слой (навал) закладочного материала высотой, обеспечивающей необходимую высоту рабочего пространства. Работы по выемке следующего вышележащего рудного слоя производятся с верхней горизонтальной поверхности закладки.

Источники информации:

1. Именитов В.Р. «Процессы подземных горных работ при разработке горных месторождений», учебное пособие для вузов, 3-е изд., Москва: Недра, 1984, 504 с.

2. Боликов В.Е., Константинова В.А. «Прогноз и обеспечение устойчивости горных выработок, Екатеринбург: ИГД УрО РАН.

3. Влох Н.П. «Управление горным давлением на подземных рудниках», Москва: Недра, 1984.

4. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых», утверждены Приказом Ростехнадзора от 11.12.2013 № 599.