Способ разработки пластов полезных ископаемых с неустойчивыми породами кровли

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке пластов полезных ископаемых. Способ разработки включает проведение подготовительных выработок, отработку пласта лавами с использованием механизированных комплексов и закладку выработанного пространства пустыми породами. При осуществлении способа определяют максимально допустимые опускания кровли в призабойном пространстве лавы, при превышении которых происходят самопроизвольные обрушения пород кровли в призабойном пространстве лавы. Скорость подвигания лавы принимают меньше предельной скорости подвигания лавы, при снижении которой происходит разрушение пласта полезного ископаемого впереди очистного забоя на глубину, равную ширине захвата выемочной машины. Производят закладку выработанного пространства путем, например, возведения породных полос, определяя необходимую величину податливости закладки по приведенной зависимости. Задачей изобретения является обеспечение необходимой податливости породной полосы при создании интенсивного отжима для эффективной выемки полезного ископаемого, исключающей образование вывалов в призабойном пространстве, что обеспечивает повышение нагрузки на очистной забой на 25-30%. 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке пластов полезных ископаемых.

Наиболее близким к заявленному способу по достигнутому результату и физической сущности является способ управления горным давлением при разработке пластов полезных ископаемых на больших глубинах (патент 2069268, опубликован 20.11.96. Бюл. 32). При использовании данного способа отработку пласта полезного ископаемого производят длинными очистными забоями, отбойку полезного ископаемого осуществляют с использованием стругов, по мере выемки пласта проводят закладку выработанного пространства, при этом величину жесткости (податливости) закладочного массива принимают в зависимости от изменения интенсивности отжима по длине лавы. Недостатком данного способа является повышенная интенсивность вывалов при отработке пластов с неустойчивыми породами кровли и снижении скорости подвигания очистного забоя.

Задачей заявленного способа является устранение недостатков известного способа, а именно снижение интенсивности вывалов кровли в призабойном пространстве лав при отработке пластов с неустойчивыми породами кровли.

Решение поставленной задачи достигается в способе разработки пластов полезных ископаемых с неустойчивыми породами кровли, включающем проведение подготовительных выработок, отработку пласта лавами с использованием механизированных комплексов, закладку выработанного пространства пустыми породами, и отличающемся тем, что определяют максимально допустимые опускания кровли в призабойном пространстве лавы, при превышении которых происходят самопроизвольные обрушения пород кровли в призабойном пространстве, скорость подвигания лавы принимают меньше предельной скорости подвигания лавы, при снижении которой происходит разрушение пласта полезного ископаемого впереди очистного забоя на глубину, равную ширине захвата выемочной машины, производят закладку выработанного пространства путем, например, возведения породных полос, при этом величину податливости породных полос определяют из выражения где h_n - начальная высота возводимой породной полосы, м; Δh - величина податливости породных полос, м; l_np - ширина призабойного пространства лавы, м; h_н.к - мощность слоев непосредственной кровли, м, ε_н.к - максимально допустимые, опускания пород непосредственной кровли в призабойном пространстве лавы, при превышении которых происходят самопроизвольные обрушения пород кровли в призабойном пространстве лавы, м; k_p - коэффициент разрыхления пород непосредственной кровли; L_o.к - шаг обрушения пород основной кровли, м.

Сущность заявленного способа поясняется схемой на чертеже: 1 породная полоса;
2 обрушившиеся породы непосредственной кровли;
3 основная кровля;
L - шаг обрушения пород основной кровли, м;
Δh_c - предел свободных опускании основной кровли;
l_np - ширина призабойного пространства лавы, м;
С - глубина зоны запредельных деформаций пласта впереди забоя лавы;
r - ширина захвата выемочной машины;
h_н.к - мощность непосредственной кровли;
m - мощность плата полезного ископаемого;
h_n - начальная высота породных полос при их возведении;
h'_n - конечная высота породных полос;
Δh=h_n-h'_n - величина податливости породных полос.

Снижение скорости подвигания лавы (например, путем увеличения ее длины) увеличивает интенсивность отжима, что оказывает положительное воздействие на процесс выемки полезного ископаемого особенно при использовании струговых установок. С другой стороны, при уменьшении скорости подвигания лавы увеличивается нарушенность непосредственной кровли, что приводит к увеличению вывалов в призабойное пространство лав и остановкам очистного забоя. Уменьшить нарушенность непосредственной кровли можно, например, путем возведения породных полос в выработанном пространстве. При этом величина податливости полосы Δh должна быть такой, чтобы не происходило разрушение кровли в призабойном пространстве лавы.

Сущность заявляемого способа заключается во взаимной увязке параметров податливости породной полосы высотой h_c и скорости подвигания лавы, при которой исключаются вывалы из непосредственной кровли в призабойном пространстве очистного забоя.

Способ осуществляется следующим образом. Выемочный столб подготавливается для отработки длинным очистным забоем и оборудуется механизированным комплексом с шириной призабойного пространства l_пр.

По мере выемки полезного ископаемого происходит разрушение пласта на расстоянии "С" впереди забоя и образование в выработанном пространстве зависания пород основной кровли, которые обрушаются с шагом L_о.к.

За механизированной крепью выкладывается породная полоса высотой h_n. В выработанном пространстве предел свободных опусканий пород Δh_c основной кровли обусловлен величиной податливости породной полосы Δh и ее начальной высотой h_n. Величину податливости породной полосы можно выразить через коэффициент податливости

тогда Δh=k_под•h_n.

Для того чтобы не происходило вывалов в призабойном пространстве лавы необходимо, чтобы величина свободных опусканий основной кровли была меньше величины критических опусканий, при которой возникают максимально допустимые опускания пород непосредственной кровли ε_н.к при заданной скорости очистного забоя

где

Пример выполнения способа для шахты "Южная" ОАО "Ростов-уголь". Пласт мощностью m= 1,4 м, сопротивляемость резанию 220-260 н/м , отрабатывается лавой длиной 160 м. Непосредственная кровля представлена неустойчивыми аргиллитами, мощность h_н.к=2.0 м, установившийся шаг обрушения основной кровли L_о.к= 14 м. Для увеличения интенсивности отжима предложено увеличить длину лавы до 250 м. При этом величина опускания пород непосредственной в средней части лавы увеличивается до 300 мм, что выше предельно допустимой, составляющей ε_н.к = 200 мм. Это приводит к увеличению вывалов.

Для того, чтобы сохранить устойчивость непосредственной кровли, предел свободных опусканий Δh_c не должен превышать

Рассчитаем высоту породной полосы, которая будет обеспечивать необходимое Δh_c для податливости закладочного материала 50% (рядовая порода) и 30% (дробленая порода) (см. таблицу).

Из таблицы видно, что критическая величина опускании Δh_c при закладке рядовой породой наступает при высоте породной полосы h₀≤0.8 м, а при закладке дробленой породой при h₀≤ 0.55 м.

Использование заявляемого способа обеспечивает необходимую податливость породной полосы при создании интенсивного отжима для эффективной выемки полезного ископаемого, исключающую образование вывалов в призабойном пространстве. Это обеспечивает повышение нагрузки на очистной забой на 25-30%.

Формула изобретения

Способ разработки пластов полезных ископаемых с неустойчивыми породами кровли, включающий проведение подготовительных выработок и отработку пласта лавами с использованием механизированных комплексов и закладку выработанного пространства пустыми породами, отличающийся тем, что определяют максимально допустимые опускания кровли в призабойном пространстве лавы, при превышении которых происходят самопроизвольные обрушения пород кровли в призабойном пространстве лавы, скорость подвигания лавы принимают меньше предельной скорости подвигания лавы, при снижении которой происходит разрушение пласта полезного ископаемого впереди очистного забоя на глубину, равную ширине захвата выемочной машины, производят закладку выработанного пространства путем, например, возведения породных полос, при этом величину податливости закладки определяют из выражения

где h_п - начальная высота возводимой породной полосы, м;
Δh - величина податливости породных полос, м;
l_пр - ширина призабойного пространства лавы, м;
h_н.к - мощность слоев непосредственной кровли, м;
ε_н.к - максимально допустимые, опускания пород непосредственной кровли в призабойном пространстве лавы, при превышении которых происходят самопроизвольные обрушения пород кровли в призабойном пространстве лавы, м;
k_р - коэффициент разрыхления пород непосредственной кровли над выработанным пространством;
L_о.к - шаг обрушения пород основной кровли, м.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2