СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ПОЛОГИХ И НАКЛОННЫХ УДАРООПАСНЫХ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Изобретение относится к горному делу, а именно к подземной разработке пологих и наклонных месторождений полезных ископаемых, и может быть использовано для разработки удароопасных и структурно нарушенных участков горного массива.

Известен способ разработки пологих и наклонных удароопасных рудных месторождений под названием: камерная система разработки с расположением камер по восстанию со скреперной доставкой. Вариантом предусматривается разделение участка залежи на камеры, отрабатываемые в две стадии. После отработки камер первой очереди выработанное пространство заполняется твердеющей закладкой. Отработка камер второй очереди связана с возможностью, как показала практика, возникновения горных ударов. Это и явилось существенным недостатком конструкции данного варианта камерной выемки (Дробот Б.П. Современное состояние технологии подземной разработки бокситовых месторождений // Известия вузов. Горный журнал. 1993. №10. с. 86-102).

Известен также способ разработки пологих и наклонных удароопасных рудных месторождений, включающий проходку панельных заездов, ведение горных работ одновременно на верхних и нижних панелях, обнажение пролета камер, уплотнение закладочного массива взрывом. Отработку залежи ведут панелями с выемкой руды камерами сразу на всю мощность рудного тела с выпуском отбитой руды через панельные буро-доставочные выработки. Отбойку руды в камерах ведут веерами скважин в зажатой среде на закладочный массив. Выработанное пространство изолируют перемычками и через закладочный трубопровод заполняют твердеющим материалом (А.С. №1343942. Способ разработки рудных месторождений. Авторы: Беркович В.Х., Пиленков Ю.Ю., Подмарев К.Ш., Наумов A.M., Дик Ю.А., Дьяковский В.Б., Илюшин А.П. - Заявка №3985483/22-03 от 06.12. 85).

Недостатком данного способа является необходимость оформления отрезной щели в торце каждой камеры.

Задачей заявленного способа является повышение эффективности разработки рудных месторождений за счет: применения одностадийной камерной системы разработки, предотвращающей ударопроявления в массиве; разграниченности в пространстве процессов отбойки, выпуска-доставки руды и закладки; применения отбойки руды в зажатой среде на закладочный массив, что, кроме улучшения качества дробления рудной массы, повышает прочность искусственного массива вследствие уплотнения его взрывом и сокращает промежуток времени между отбойкой и доставкой руды и закладкой выработанного пространства.

Поставленная задача обеспечивается тем, что в способе разработки пологих и наклонных удароопасных рудных месторождений, включающем отработку залежи панелями с выемкой руды камерами с торцевым выпуском отбитой руды через панельные буро-доставочные выработки и с ориентированием общей линии фронта очистных работ по направлению максимальных главных напряжений, формирование закладочного массива с подачей твердеющей смеси в выработанное пространство и отбойкой руды в зажатой среде на закладочный массив, проведение буро-доставочных выработок с уклоном не более 8 град., опережение горных работ в верхних панелях над нижними в пределах не менее двух камер-секций, при этом, величина линейной подвижки уплотненного закладочного массива определяется по формуле: l=L_max (p_н-p_к)/p_н, где l - величина линейной подвижки (компенсации), образуемой за счет уплотнения закладочного массива, м.; L_max - толщина слоя закладочного массива, м; р_н и р_к - начальный и конечный коэффициенты разрыхления закладочного массива. Сущность способа поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана одностадийная камерная система разработки с отбойкой руды на закладочный массив; на фиг. 2 - представлен механизм уплотнения закладочного массива взрывом со следующими обозначениями: а - щель (пространство, образовавшееся в результате уплотнения закладки); а + б - зона упругой разгрузки на отрытую щель; в - зона интенсивного уплотнения; г - зона умеренного уплотнения; д - зона минимального уплотнения; ЛНС - линия наименьшего сопротивления; l - величина линейной подвижки (компенсации), образуемой за счет уплотнения закладочного массива; L_max. - толщина слоя закладочного массива; L_взр - движущаяся взорванная масса; σ_взр - уплотняющая нагрузка; σ_р - сопротивление боковому смещению вмещающих пород.

Отработку залежи ведут панелями 1 с выемкой руды камерами-секциями 2 сразу на всю мощность рудного тела с торцевым выпуском 3 отбитой руды через панельные буро-доставочные выработки 4 с ориентированием общей линии фронта очистных работ по направлению максимальных главных напряжений σ_г (фиг. 1) 10 и выравниванием его по уровню удароопасности. Отбойку руды в камерах ведут в зажатой среде на закладочный массив 5 веерами скважин 6. Выработанное пространство изолируют перемычками 7 и через закладочный трубопровод 8 заполняют твердеющим материалом 9.

Отбойка на закладочный массив в зажиме, в нашем случае, осуществляется при наличии боковых ограничивающих стенок, препятствующих боковому расширению уплотняемого закладочного массива (стенки камеры). Взорванный объем руды после отделения от массива по линии скважин движется в сторону закладочного массива, сжимая его. При этом, коэффициент разрыхления закладочного массива изменяется от начального значения р_н до конечного значения р_к.

В связи с тем, что отбойка руды в камере ведется в зажиме на закладочный массив, то последний подвергается уплотнению. Механизм уплотнения, можно сравнить с поршневым действием движущейся взорванной массы L_взр площадью S на уплотняемый закладочный массив толщиной L_max той же площадью (фиг. 2). Величина поступательного движения взрываемого слоя руды ограничена пространством, образовавшимся в результате уплотнения закладки вследствие давления взорванной массы руды. При условно неограниченной толщине слоя закладки L_max границу подвижки, а также ее максимальную величину можно определять по компрессионной кривой (фиг. 2).

Образовавшееся пространство за счет уплотнения закладочного массива можно считать той компенсацией, которая служит для размещения приращения объема взрываемого слоя руды, коэффициент разрыхления которого изменяется от начального значения р_рн до конечного значения р_рк.

Нетрудно заметить, что суммарная величина подвижки уплотняемого слоя закладки должна быть равна линейному приращению объема взрываемого слоя руды. Принимая во внимание равенство конечных коэффициентов уплотнения взрываемого и уплотняемого слоев, определим соотношение между ними по условиям создания минимально возможного компенсационного объема:

L_взр. (p_pн-p_pк)=L_max (p_н-p_к)/p_н,

Левая часть уравнения показывает приращение объема взорванной руды L_взр., правая - уменьшение объема закладки L_max. при уплотнении. Другими словами, рассматриваемый механизм уплотнения позволяет определить энергетические затраты на создание оптимальной компенсации, обеспечивающей эффективное дробление руды при отбойке на закладку в зажатой среде, повышение прочности искусственного массива за счет уплотнения его взрывом и сокращение промежутка времени между отбойкой руды и закладкой пустот.

Величина линейной подвижки уплотненного закладочного массива определяется по формуле:

l=L_max (p_н-p_к)/p_н,,м,

где l - величина линейной подвижки (компенсации) (фиг. 2), образуемой за счет уплотнения закладочного массива, м.

Конечный коэффициент разрыхления закладки в пределах зоны деформации не остается постоянным и уменьшается по мере удаления от зоны приложения взрывной нагрузки. Поэтому в данной зависимости следует принимать средний коэффициент разрыхления, соответствующий достигнутой линейной деформации (компенсации).

Пример конкретного применения способа разработки.

Корбалихинское месторождение полиметаллических руд разрабатывает наклонные рудные тела средней мощности. Удароопасные участки месторождения предложено отрабатывать сплошной камерной системой разработки с отбойкой руды на закладочный массив. В качестве выемочной единицы принят добычной блок, который делится на панели. Отработка запасов блока производится сверху вниз. Этаж высотой 36 м делится на четыре панели, при этом сохраняется проектная схема подготовки с высотой подэтажа 12 м. Панельные буро-доставочные заезды проходят с уклоном не более 8° для свободного растекания твердеющей смеси при закладке. На одном подэтаже ведется торцовый выпуск руды, подэтажом ниже ведутся буровые работы, а еще ниже - закладочные работы. По мере подготовки подэтажей они включаются в добычу. Все очистные камеры в блоке могут находиться в работе одновременно. Опережение работ в верхней панели над нижней должно составлять не менее двух камер-секций, имеющих общую длину, равную высоте подэтажа, что повышает устойчивость рудного массива и безопасность горных работ. В случае необходимости поддержания производственной мощности на одном этаже могут работать несколько блоков, при этом работы ведутся через блок, после их закладки производят выемку запасов между заложенными блоками. Работы в нескольких этажах допустимы в шахматном порядке при условии соблюдений геомеханических рекомендаций, представленных в локальных проектах.

Порядок отработки запасов одностадийный. Очистная выемка в панели ведется камерами-секциями, одним забоем в отступающем порядке. Основные запасы блока вынимают путем веерной отбойки руды скважинами на закладочный массив камерами-секциями длиной по 6 м. Параметры секций определяются оптимальной толщиной взрываемого слоя для уплотнения закладочного массива. Веера скважин диаметром 65 мм бурят из буро-доставочного штрека буровым станком типа Sandvik DL311 по сетке 1,5 м × 1,7 м. Выпуск руды производят из торца буро-доставочного штрека погрузочно-доставочной машиной (ПДМ) типа EST-3,5. Основной объем рудной массы отгружают из камеры-секции в режиме ручного управления ПДМ с заездом в очистное пространство не более чем на длину ковша машины. Дальнейшую отгрузку руды ведут с применением дистанционного управления.

Закладка выработанного пространства при сплошной камерной системе разработки с отбойкой руды на закладочный массив является неотъемлемой частью технологии очистной выемки. По окончании зачистки почвы камеры-секции осуществляется строительство перемычки в торце буро-доставочного штрека и производится закладка выработанного пространства.

Основным назначением закладочного массива является: управление горным давлением при очистной выемке; обеспечение безопасности и эффективности очистной выемки; полное заполнение выработанного пространства для сохранения налегающей толщи пород, поверхностных и подземных сооружений. Особенность отработки камер-секций в панели заключается в отбойке пробуренных из буро-доставочного штрека восходящих вееров скважин на закладочный массив в зажатой среде. Применение отбойки в зажатой среде на закладочный массив улучшает качество дробления рудной массы, повышает прочность искусственного массива за счет уплотнения его взрывом и сокращает промежуток времени между отбойкой руды и закладкой пустот, что позволяет сократить время отработки панелей и снизить затраты на твердеющие смеси.