Патент на изобретение №2384705

(54) СПОСОБ ОТРАБОТКИ ЦЕЛИКОВ ПОД ОБЪЕКТАМИ НА ПОВЕРХНОСТИ ДЛЯ ЗАГЛУБЛЕННЫХ РУДНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке заглубленных рудных залежей для выемки запасов в целиках под охраняемыми промышленными и природными объектами на поверхности без закладки выработанного пространства. Способ предусматривает выемку полезных ископаемых из целика с последующим заполнением выработанного пространства. Для осуществления способа предварительно определяют заглубленность горной выработки H/L в целике, где Н – глубина проектируемой выработки по вертикали по скальным породам, м; L – пролет выработки, м; и средневзвешенное значение коэффициента крепости налегающих пород по вертикали f_cp. Отработка запасов в целике системами с обрушением допускается только когда H/L3 и f_cp7. Заполнение выработанного пространства осуществляется путем естественного обрушения пород, при этом ведется контроль за его процессом. При необходимости осуществляют принудительное обрушение пород до полного заполнения выработанного пространства. Изобретение позволяет обеспечить устойчивость сводообразования и безопасность работ при выемке запасов в целиках системами с обрушением под охраняемыми объектами на поверхности, снизить трудовые и экономические затраты при полном сохранении объектов на поверхности.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке заглубленных рудных залежей для выемки запасов в целиках под охраняемыми промышленными и природными объектами на поверхности без закладки выработанного пространства.

Разработку заглубленных рудных залежей обычно выполняют системами с обрушением вмещающих пород, но при этом не исключается возможность выхода опасных деформаций на поверхность. Поэтому системы с обрушением не применяют при выемке запасов из предохранительных целиков под объектами на поверхности (Курленя М.В. и др. Технологические проблемы разработки железорудных месторождений Сибири. – Новосибирск: Наука, 2002, с.194-196).

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ отработки запасов в целиках, заключающийся в выемке полезных ископаемых из целиков с последующей закладкой выработанного пространства твердеющими смесями для исключения появления опасных деформаций на поверхности (Агошков М.И., Малахов Г.М. Подземная разработка рудных месторождений. – М.: Недра, 1966, с.360-375).

Основным недостатком этого способа являются высокие трудовые и экономические затраты на закладочные работы.

Признаки, являющиеся общими с предлагаемым техническим решением, – выемка полезных ископаемых из целиков с последующим заполнением выработанного пространства.

Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, – снижение трудовых и экономических затрат при полном сохранении объектов на поверхности от вредного влияния горных работ.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе отработки запасов в целике под объектом на поверхности для заглубленных рудных залежей, предусматривающем выемку полезных ископаемых из целика с последующим заполнением выработанного пространства, предварительно определяют заглубленность горной выработки H/L в целике, где Н – глубина проектируемой выработки по вертикали по скальным породам, м; L – пролет выработки, м; и средневзвешенное значение коэффициента крепости налегающих пород по вертикали

f_cp.. Выемку полезных ископаемых из целика начинают при условии H/L3 и f_cp7. Заполнение выработанного пространства осуществляется путем естественного обрушения пород, при этом ведется контроль за его процессом. При необходимости осуществляют принудительное обрушение пород до полного заполнения выработанного пространства.

Признаки заявляемого технического решения, отличительные от признаков прототипа, – предварительно определяют заглубленность горной выработки H/L в целике и средневзвешенное значение коэффициента крепости налегающих пород по вертикали f_cp., выемку полезных ископаемых из целика осуществляют при условии H/L3 и f_cp7, а заполнение выработанного пространства осуществляется путем естественного обрушения пород с одновременным контролем за процессом обрушения, причем при необходимости осуществляют принудительное обрушение пород до полного заполнения выработанного пространства.

Способ осуществляется следующим образом. Перед началом разработки рудной залежи в целике выполняют анализ горногеологических условий планируемого к отработке участка месторождения. Для этого на разрезе вкрест простирания определяют заглубленность горной выработки H/L в предохранительном целике. Затем вычисляют f_cp. – средневзвешенное значение коэффициента крепости налегающих пород (литотипов) по их вертикальной мощности по формуле:

Наличие крупного тектонического нарушения (сквозного с выходом на поверхность) исключает возможность применения системы с обрушением на данном участке.

Отработка запасов в целике системами с обрушением допускается только когда H/L3 и f_cp7. Параметры H/L3 и f_cp7 определяют естественное сводообразование, устойчивое во времени. При этих условиях зона опасных сдвижений и деформаций локализуется в подработанном массиве и не выходит на поверхность. При этом высота свода обрушения h_о не выйдет за пределы размера пролета, т.е. h_оL, а развитие опасных деформаций по критерию _кр=2·10^-3, т.е. 2 мм/м ограничится высотой h2L.

Устойчивость сводообразования (замка и опор) обеспечивается подбучиванием обрушенных пород в процессе их разрыхления. Поэтому в целях безопасности горных работ обеспечивают контроль за этими процессами. При наличии крепких пород и устойчивого обнажения со стороны кровли принимают меры к принудительному ее обрушению. Объем обрушенных пород должен заполнить камеру.

Пример конкретного выполнения способа. Предлагаемый способ прошел апробацию на участке «Подрусловый» Шерегешевского месторождения в Горной Шории при отработке запасов в охранном целике под рекой Большая Речка.

Глубина залегания железорудной залежи под рекой Большая Речка Н=380 м. Пролет выработки на разрезе вкрест простирания L=80 м. Заглубленность выработки составляет H/L=380/80=4,2.

Подрабатываемый массив структурно представлен породами вулканогенноосадочного происхождения в следующем соотношении:

– доломитизированные известняки с коэффициентом крепости f=10-50%;

– габбро-диабазовые c f=18-15%;

– диорит-порфиритовые с f=17-25%;

– туфогенные микрокварциты c f=17-10%.

Крупных сквозных тектонических нарушений нет.

По результатам вычислений средневзвешенное значение крепости пород массива составляет f_cp.=13.

Была проведена отработка запасов в целике системой этажно-принудительного обрушения с отбойкой руды глубокими скважинами. В результате процесса естественного обрушения наблюдалось недостаточное заполнение камеры обрушенными породами (менее объема камеры), поэтому было выполнено дополнительно принудительное обрушение пород со стороны кровли на глубину до 20 м.

Параметры H/L=4,2 и f_cp.=13 обеспечили формирование устойчивого сводообразования в подрабатываемом массиве и тем самым обеспечили сохранность водного объекта на поверхности. При этом высота зоны естественного обрушения составила h_о=L=80 м, а высота развития зоны опасных деформаций локализовалась в массиве на уровне h=2L=160 м. Зона опасных деформаций оформилась в массиве полуэллипсом с деформацией полуосей , где малая ось а=80 м, большая ось b=160 м.

Вышележащий массив не подвержен опасным деформациям, т.е. мощность его в данном случае составляет 200 м, что является дополнительной гарантией сохранности объекта на поверхности от вредного влияния горных работ с двойным запасом надежности: Н/h=380/1602.

Предлагаемый способ позволит обеспечить устойчивость сводообразования и безопасность работ при выемке запасов в целиках под охраняемыми объектами на поверхности системами с обрушением вместо дорогостоящей закладки выработанного пространства. Возможность применения предлагаемого способа для выемки запасов в охранном целике под объектами на поверхности обоснована проведенными научными исследованиями. Способ опробован на рудниках Кривого Рога и СУБРа на Урале.

Формула изобретения

Способ отработки целиков под объектами на поверхности для заглубленных рудных залежей, предусматривающий выемку полезных ископаемых из целика с последующим заполнением выработанного пространства, отличающийся тем, что предварительно определяют средневзвешенное значение коэффициента крепости налегающих пород по вертикали f_cp и заглубленность горной выработки H/L в целике, где Н – глубина проектируемой выработки по вертикали по скальным породам, м; L – пролет выработки, м, выемку полезных ископаемых из целика осуществляют при условии H/L3 и f_cp7, а заполнение выработанного пространства осуществляется путем естественного обрушения пород с одновременным контролем за процессом обрушения, причем при необходимости осуществляют принудительное обрушение пород до полного заполнения выработанного пространства.