Способ разработки крутопадающих подземных формаций

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано преимущественно для разработки алмазоносных трубок, угольных месторождений, залегающих в сложных горно-геологических условиях. Способ разработки крутопадающих подземных формаций включает вскрытие формаций системой подземных горных выработок - шахтными стволами, квершлагами и вертикальными скважинами, пройденными с дневной поверхности, формирование из вертикальных скважин выемочных камер с оставлением междукамерных целиков, последующую выемку междукамерных целиков, выдачу разрушенного полезного ископаемого на поверхность через подземные горные выработки. Разработку алмазоносной трубки ведут параллельными панелями, состоящими из добычных блоков. Выемку полезного ископаемого из добычного блока осуществляют путем проходки из вертикальных скважин четырех основных восстающих выемочных камер, вписанных в параллелепипед квадратного сечения в плане, вертикальные и горизонтальные грани которого являются границами добычного блока по высоте и ширине панели. В центре добычного блока оставляют звездообразный целик, а также целики, примыкающие к вертикальным границам блока, в виде призм, сферические грани которых соответствуют по форме боковой цилиндрической поверхности выемочной камеры с центральным углом, равным 90^oС. Потери полезного ископаемого в целиках в пределах границ добычного блока не зависят от диаметров (d) основных выемочных камер и составляют 21% от погашенных при добыче балансовых запасов добычного блока. Снижение потерь полезного ископаемого в целиках, расположенных в пределах границ добычного блока, осуществляют путем проходки в центре звездообразного целика отрабатываемого добычного блока и в центрах целиков, примыкающих к вертикальным границам, смежным с отрабатываемым добычным блоком, из вертикальных скважин дополнительных восстающих выемочных камер, диаметры (d) которых определяют по формуле d=0,414D. Потери полезного ископаемого в оставшихся целиках в пределах границ добычного блока не зависят от диаметров (D) основных и дополнительных (d) выемочных камер и составляют 8% от погашенных при добыче балансовых запасов добычного блока. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано преимущественно для разработки алмазоносных трубок, угольных месторождений, залегающих в сложных горно-геологических условиях.

Известен способ гидравлического извлечения материалов из мощных подземных формаций, включающий вскрытие формации центральной и периферийными скважинами, разрушение полезного ископаемого через периферийные скважины, выдачу разрушенного полезного ископаемого в виде пульпы через центральную скважину [1] Недостатком способа являются значительные потери полезного ископаемого в целиках, а также на днищах выемочных камер.

Прототипом к предлагаемому является способ разработки месторождений полезных ископаемых, включающий вскрытие месторождения системой подземных горных выработок и вертикальными скважинами, пройденными с дневной поверхности, формирование из вертикальных скважин выемочных камер с оставлением междукамерных целиков, последующую выемку междукамерных целиков, выдачу разрушенного полезного ископаемого на поверхность через подземные горные выработки [2] Способу присущи следующие недостатки: значительные потери полезного ископаемого в междукамерных междублоковых целиках; использование на второй стадии отработки месторождения токсичного рабочего агента приводит к загрязнению окружающей среде и недр; значительные объемы подготовительных и нарезных работ, связанные с проходкой подземных выработок большого сечения, необходимых для размещения добычного оборудования.

В основу изобретения поставлена задача создать способ разработки крутопадающих подземных формаций с высокой эффективностью промышленного использования за счет снижения потерь полезного ископаемого, сокращения объемов подготовительных и нарезных работ, а также устранения негативного воздействия горных работ на окружающую среду.

Поставленная задача достигается тем, что способ разработки крутопадающих подземных формаций включает вскрытие формации системой подземных горных выработок и вертикальными скважинами, пройденными с дневной поверхности, формирование из вертикальных скважин выемочных камер с оставлением междукамерных целиков, последующую выемку междукамерных целиков, выдачу разрушенного полезного ископаемого через подземные горные выработки.

Разработку алмазоносной трубки ведут параллельными панелями, состоящими из добычных блоков. Выемку полезного ископаемого из добычного блока осуществляют путем проходки из вертикальных скважин четырех основных выемочных камер, вписанных в параллелепипед квадратного сечения в плане. Вертикальные и горизонтальные грани параллелепипеда являются границами добычного блока по высоте и ширине панели. В центре добычного блока оставляют звездообразный целик, а также целики, примыкающие к вертикальным границам блока, в виде призм, сферические грани которых соответствуют по форме боковой цилиндрической поверхности выемочной камеры с центральным углом, равным 90^о. Потери полезного ископаемого в целиках в пределах границ добычного блока не зависят от диаметров (D) основных выемочных камер и оставляют 21% от погашенных при добыче балансовых запасов добычного блока.

Снижение потерь полезного ископаемого в целиках, расположенных в пределах границ добычного блока, осуществляют путем проходки в центре звездообразного целика отрабатываемого добычного блока и в центрах целиков, примыкающим к вертикальным границам, смежным с отрабатываемым добычным блоком, из вертикальных скважин дополнительных восстающих выемочных камер, диаметры d которых определяют по формуле d 0,414D. Потери полезного ископаемого в оставшихся целиках в пределах границ добычного блока не зависят от диаметров основных D и дополнительных d выемочных камер и составляют 8% от погашенных при добыче балансовых запасов добычного блока.

На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявленного изобретения имеет причинно-следственную связь с достигаемым результатом. Благодаря данной совокупности существенных признаков удалось создать способ разработки крутопадающих подземных формаций с высокой эффективностью промышленного использования за счет снижения потерь полезных ископаемых в недрах, сокращения объемов подготовительных и нарезных работ, а также устранения негативного воздействия горных работ на окружающую среду.

Следовательно, предложенный способ отвечает требованиям, предъявляемым к изобретениям, так как явным образом не следует из уровня используемых техники и технологии на данном этапе развития.

Изобретение рассматривается на примере разработки алмазоносной трубки, залегающей в сложных горно-геологических условиях. Налегающие породы представлены плывунами. Вращающие породы сильно обводнены и связаны гидросетью с морем. Трубка вытянута в меридиональном направлении. Контакт трубки с вмещающими породами близкий к отвесному положению.

На фиг.1 и 2 показана схема вскрытия, подготовки и нарезки трубки в разрезе и в плане соответственно; на фиг.3 и 4 процесс разрушения полезного ископаемого в пределах контуров выемочной камеры с помощью буровой установки, расположенной на дневной поверхности, а также заложенная выемочная камера в разрезе и в плане соответственно; на фиг.5 технологическая схема отработки панели без выемки полезного ископаемого из целиков; на фиг.6 технологическая схема отработки панели с выемкой полезного ископаемого из целиков; на фиг.7 и 8 горизонтальные разрезы по добычным блокам без выемки полезного ископаемого из целиков и с выемкой полезного ископаемого из целиков соответственно вид А и вид В.

Способ разработки крутопадающих подземных формаций осуществляют следующим образом.

Алмазоносную трубку 1 вскрывают шахтными стволами 2 и 3 квершлагами 4 и 5 и вертикальными скважинами 6, пройденными с дневной поверхности. Стволы 2 и 3 проходят за границей трубки с вмещающими породами 7. В пределах мощности налегающих пород 8 шахтные стволы 2 и 3 проходят специальными методами, например с замораживанием. В комплекс подготовительных работ входит проходка капитального штрека 9 и штреков 10. Нарезные работы включают проходку камер 11 из штреков 10. Штреки 9 и 10 и камеры 11 проходят в основании параллельных панелей 12, которыми ведут разработку трубки. В кратерной части трубки оставляют предохранительный целик 13 для предотвращения прорыва плывуна в выемочные камеры. На границе трубки 13 с вмещающими породами формируют охранный целик 14, породы которого предупреждают поступление воды в очистное пространство панелей 12.

Каждая из разрабатываемых панелей состоит из добычных блоков 15 или 16, составными элементами которых являются четыре основные выемочные камеры 17, вписанные в параллелепипед квадратного сечения в плане, сторона которого равна двум диаметрам выемочных камер 2D. Вертикальные грани параллелепипеда являются границами добычного блока по высоте, которая соответствует расстоянию от основания предохранительного целика 13 до кровли камеры 11. Нижняя и верхняя грани параллелепипеда расположены соответственно в кровле камеры 11 и в основании целика 13. Ширина каждой панели равна двум диаметрам выемочной камеры 17 (Ш 2D).

Отработку панелей 12 ведут с использованием добычных блоков, как 15 так и 16. В первом случае в центре блока 15 оставляют звездообразный целик 18, а также целики 19, примыкающие к вертикальным границам блока. Целики 19 формируют в виде призм, основания которых расположены в кровле камеры 11 и в основании предохранительного целика 13. Сферические грани целиков 19 соответствуют по форме боковой цилиндрической поверхности основной выемочной камеры 17 с центральным углом, равным 90^о.

Оставление целиков 18 и 19 в недрах производят в том случае, если затраты на их отработку превышает извлекаемую ценность полезных компонентов, заключенных в суммарном объеме целиков, происходящихся на добычной блок 15. Потери полезного ископаемого в пределах границ добычного блока 15 устанавливают из следующих зависимостей.

Погашенные при добыче балансовые запасы в пределах границ добычного блока, приходящиеся на 1 п.м. его высоты: 3_б 4D² (1) Извлекаемые запасы полезного ископаемого из четырех основных выемочных камер 17, принадлежащих добычному блоку: 3π D² (2) Теряемый объем полезного ископаемого в целиках 18 и 19, принадлежащих добычному блоку: Ω_т= 3_б-3_и 4D²- π D² D²(4- π ) (3) Потери полезного ископаемого в процентах: П 100 100 21
(4)
Таким образом, потери полезного ископаемого в целиках 18 и 19 в пределах границ добычного блока 15 не зависят от диаметров основных выемочных камер 17 и составляют 21% от погашенных при добыче балансовых запасов.

В случае если содержание алмазов в целиках 18 и 19 позволяет окупить затраты на их отработку и получить дополнительную прибыль, в центре звездообразного целика 18 и в центрах целиков 19, примыкающим к вертикальным границам, смежных и отрабатываемым добычных блоков 16, из вертикальных скважин проходят дополнительные восстающие выемочные камеры 20. Диаметры d выемочных камер 20 определяют по формуле:
(2D)²+(2D)² (2D+2d)² откуда d 0,414D (5)
Потери полезного ископаемого в пределах границ добычного блока 16 устанавливают из следующих зависимостей.

Погашенные при добыче балансовые запасы в пределах границ добычного блока, приходящиеся на 1 п.м. его высоты:
3_б 4D² (6)
Извлекаемый объем полезного ископаемого из четырех основных выемочных камер 17 и четырех дополнительных выемочных камер 20:
З_и= + 4 = 3,67 D²
(7)
Теряемый объем полезного ископаемого в целиках 21, принадлежащих добычному блоку:
Ω_т= 3_б-3_и 4D²-3,67D² 0,33D² (8)
Потери полезного ископаемого в процентах:
П 100 100 8
(9)
Таким образом, потери полезного ископаемого в целиках 21 в пределах границ добычного блока 16 не зависят от диаметров основных 17 и дополнительных 20 выемочных камер и составляют 8% от погашенных при добыче балансовых запасов добычного блока. Выемку полезного ископаемого в панелях 12 производят по направлениям 22 от границы охранного целика к капитальному штреку 9. Расширение фронта очистных работ осуществляют по направлениям 23 от центра трубки к шахтным стволам 2 и 3. Добычу полезного ископаемого из основных 17 и дополнительных 20 выемочных камерах производят породоразрушающим инструментом 23, который навешивают в камере 11 на несущую колонну 24 буровой установки 25. Буровую установку 25 размещают на дневной поверхности. За счет вращения породоразрушающего инструмента и его подачи вверх, режущими элементами производится разрушение полезного ископаемого и его накапливание в виде магазина 26 в камере 11 и в выемочной камере 17. Разрушенное полезное ископаемое, находящееся в магазине 26, сохраняет стенки выемочной камеры в состоянии устойчивого равновесия на весь период отработки камеры, предупреждая тем самым образование вывалов в виде призм сползания. При подпоре разрушенным полезным ископаемым, находящимся в магазине 26, нижней торцевой части породоразрушающего инструмента 23, производят частичный выпуск полезного ископаемого из выемочной камеры 17, его погрузку и доставку к шахтным стволам 2 и 3 самоходными машинами 27, поле полного разрушения полезного ископаемого в пределах контуров выемочной камеры производят выдачу полезного ископаемого из магазина 26. Затем возводят в камере 11 перемычку 28, а выработанное пространство выемочной камеры через скважину 6 заполняют твердеющей закладкой.

Аналогично, с использованием описанных приемов, осуществляют разрушение полезного ископаемого, его выдачу и закладку выработанного пространства дополнительных выемочных камер 20 для отработки выемочных камер 20, расположенных на границах смежных панелей 12, из камеры 11 осуществляют проходку дополнительной камеры 29, сечение которой позволяет разместить породоразрушающий инструмент 23, диаметр которого меньше диаметра инструмента, применяемого для выемки полезного ископаемого из основных камер 17. В зависимости от крепости полезного ископаемого, представленного, например, автолитовыми брекчиями, разработку трубки осуществляют до экономически целесообразной глубины без разделения на этажи с обеспечением долговременной устойчивости стенок выемочных камер разрушенным полезным ископаемым, находящимся в магазине 26.

Применительно к полезным ископаемым, представленными, например, ксенотуфобрекчиями, не допускающим долговременной устойчивости конструктивных элементов выемочных камер, трубку разбивают на этажи. В основании каждого из этажей проходят капитальные, подготовительные и нарезные выработки, разработку начинают с нижнего этажа по описанной технологии. Разрушение полезного ископаемого в пределах контуров выемочных камер вышерасположенных этажей ведут через те же скважины, которые были пробурены для отработки нижнего этажа.

Предложенный способ разработки является конкурентоспособным с традиционным подземным способом, в котором используют системы разработки с закладкой выработанного пространства как по уровню потерь, так и по затратам на добычу полезного ископаемого. По требованиям безопасности ведения работ предлагаемый способ не сопоставим с традиционным, так как при его использовании необходимость присутствия рабочих в очистном пространстве отпадает.

Использование изобретения позволит вовлечь в разработку алмазоносные трубки, залегающие в сложных горно-геологических условиях, с высокой эффективностью и без нанесения ущерба окружающей среде.

Формула изобретения

1. СПОСОБ РАЗРАБОТКИ КРУТОПАДАЮЩИХ ПОДЗЕМНЫХ ФОРМАЦИЙ, включающий вскрытие формации вертикальными скважинами, пройденными с дневной поверхности, и подземными горными выработками, подготовку формации и выемку полезного ископаемого блоками с формированием камер и межкамерных целиков и выдачей разрушенного полезного ископаемого на поверхность через подземные горные выработки, отличающийся тем, что формацию вскрывают двумя вертикальными стволами, пройденными во вмещающих породах на противоположных ее флангах, которые соединяют квершлагами и капитальным штреком, подготовку производят панельными штреками, проходимыми вкрест капитальному штреку, отработку формации ведут параллельными панелями в направлении к капитальному штреку с развитием фронта работ от центра формации к ее флангам, при этом панель по ширине формируют двумя цилиндрическими выемочными камерами, блок формируют из четырех касающихся своими образующими цилиндрических выемочных камер, а выемку полезного ископаемого ведут буровыми установками, расположенными на дневной поверхности, путем расширения скважин, пройденных по центру камер, породоразрушающим инструментом, навешиваемым на буровую колонну в панельном штреке с магазинированием разрушенного полезного ископаемого и после его выдачи выработанное пространство камер закладывают твердеющей смесью.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после набора твердеющей смесью необходимой прочности производят выемку междукамерных целиков дополнительными выемочными камерами, диаметр которых составляет 0,414 диаметра основных камер.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8