Система подземной разработки полезных ископаемых с нетвердеющей закладкой

 

Изобретение относится к разработке месторождений полезных ископаемых подземным способом, а именно для отработки массивных залежей с использованием для закладки сыпучего материала. Система включает разделение залежи на крутонаклонные слои, последовательную выемку руды из каждого слоя снизу вверх и закладку выработанного пространства нетвердеющим материалом. Каждый слой разделяют на секторообразные блоки с углом при вершине, рассчитываемым математическим путем. К вершине каждого блока подводят откаточный штрек, добычу руды в пределах блока производят длинными заходками, перемещая фронт очистного забоя по направлению к верхней части блока, по окончании каждой заходки производят подсыпку закладочного материала на подошву очистной выработки, мощность подсыпки рассчитывают математическим путем. Повышается производительность труда. 4 ил.

Предлагаемое изобретение относится к разработке месторождений полезных ископаемых подземным способом.

Известны слоевые системы разработки (1), применяемые при добыче полезных ископаемых из мощных пластовых месторождений или из рудных месторождений, представленных массивными залежами. При этом пласт или залежь разделяют на несколько слоев умеренной толщины, которые затем отрабатывают последовательно в определенном порядке.

Разделение на отдельные слои производят совокупностью взаимно параллельных плоскостей. Расположение этих плоскостей в пространстве определяет и расположение слоев, которые могут быть либо горизонтальными, либо наклонными.

В общем случае, отработка горизонтальных слоев менее трудоемка, чем наклонных. Однако при системах разработки с закладкой выработанного пространства наклонные слои более технологичны с точки зрения производства закладочных работ. В горизонтальных слоях очень сложно, а зачастую и невозможно осуществить качественную закладку. На примыкании закладки к потолочине даже в период производства работ остаются пустоты, которые по прошествии времени значительно увеличиваются за счет усадки закладочного материала. Таким образом, провоцируется развитие деформаций вышележащего массива полезного ископаемого и, как следствие, возникают дополнительные трудности при его отработке. При этом велика вероятность, что некоторый объем руды вообще невозможно будет извлечь и придется оставить в недрах в виде потерь.

Применение крутонаклонных слоев позволяет использовать сыпучие материалы для технологичного производства качественной закладки.

Известна система разработки с закладкой крутопадающих жильных месторождений (2). Сущность системы заключается в том, что разработку залежи небольшой мощности ведут горизонтальными слоями снизу вверх с закладкой выработанного пространства после отработки каждого слоя руды.

Недостатком данной системы является низкая производительность труда. Очистной забой сообщается с откаточным и вентиляционньм штреками посредством восстающих, через которые осуществляется доступ людей, выпуск руды и доставка закладочного материала. В этом случае очистное пространство оказывается недоступным для крупногабаритной горной техники, а значит и организации высокопроизводительной работы.

Целью предлагаемого изобретения является отработка массивных залежей полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства сыпучим материалом и применением высокопроизводительной горной техники.

Поставленная цель достигается следующим образом. Залежь, изображенную в виде схематичного вертикального сечения на фиг.1, делят на крутонаклонные слои с нормальной мощностью “а” и углом наклона α. Угол α должен быть больше значения угла естественного откоса сыпучего закладочного материала, что позволяет избежать образования пустот на границе “руда - закладка” как непосредственно во время закладочных работ, так и в дальнейшем, когда будут осуществляться процессы усадки закладочного материала. Только в этом случае движение сыпучего материала будет происходить как вниз под действием гравитационных сил, так и в сторону откоса за счет его выполаживания до угла естественного откоса.

Выемку руды производят в каждом слое снизу вверх и осуществляют закладку выработанного пространства. Поперечное сечение очистной выработки 1 в идеальном виде представляется прямоугольным треугольником, хотя реально может быть и другой конфигурации, более удобной для работы. Параметры выемки и закладки связаны между собой геометрической зависимостью:

Δh -мощность слоя подсыпаемого закладочного материала;

Δb - мощность вынимаемой руды или поперечное перемещение очистной выработки за один цикл;

α - угол наклона отрабатываемого слоя;

Для обеспечения непосредственной длительной связи откаточного штрека с очистньм забоем слой делят на блоки, имеющие форму сектора (секторообразные блоки). Это показано на фиг.2 в виде проекции отрабатываемого слоя на горизонтальную плоскость. Вершина каждого блока примыкает к откаточному штреку, и эта связь остается неразрывной на весь период его (блока) отработки. Так как линейные размеры блока определяются размерами рудного тела, то основным расчетньм параметром является угол при его вершине, который лимитируется предельно допустимым продольньм уклоном очистной выработки. Функциональная зависимость между этими величинами определяется на основании расчетной схемы, представленной на фиг.3.

Из ΔBDE имеем ED = BD*sin β/2;

ED = ВС, а из ΔАВС имеем BC=AB/sinα. Таким образом

AB/sinα = BD*sin β/2, откуда sin β/2 = AB/(BD*sinα).

Из ΔAВD имеем BD = AB/sinδ.

После подстановки и преобразований получаем

sinβ/2 = sinδ / sinα.

Продольный уклон очистной выработки i есть tg δ. Для условия предельного уклона имеем i_max ⁼ tg δ; или δ = arctg i_max.

Окончательная зависимость выразится формулой

β =2arcsin [sin (arctg i _max) / sinα]. (2)

Отработка блока складывается из множества элементарных циклов, каждый из которых включает в себя отбойку руды, ее погрузку, транспортировку и закладку выработанного пространства.

Отбойка руды осуществляется либо с применением буровзрывных работ (БВР), либо механическим способом, например, с использованием проходческого комбайна. Продвижение фронта очистных работ в пределах секторообразного блока может быть организовано:

а) по веерной схеме 2 (фиг.2), характеризующейся непостоянством толщины ленты отбиваемой руды в пределах каждой заходки и изменением продольного уклона (от -i_max до +i_max) очистной выработки в каждом последующем цикле очистных работ;

б) по схеме параллельного перемещения 3 (фиг.2), характеризующейся параллельностью линии очистных забоев верхней границе отрабатываемого блока, постоянством толщины отбиваемой руды, за исключением участков, примыкающих к наклонной нарезной выработке, и постоянством продольного уклона очистной выработки, равного + i_max;

в) по схеме параллельного перемещения 4 (фиг.2), характеризующейся параллельностью линии очистных забоев биссектрисе секторообразного блока, постоянством толщины отбиваемой руды, за исключением участков, примыкающих к наклонной нарезной выработке, и горизонтальностью очистных выработок.

Во всех случаях в качестве нарезной выступает выработка, пройденная вдоль нижнего луча сектора. Для самого нижнего блока она проходится специально, для других блоков нарезной выработкой становится последняя верхняя очистная выработка нижележащего блока.

После отбойки руду отгружают и транспортируют на перегрузочный пункт, а на подошву очистной выработки подсыпают слой закладочного материала. Мощность подсыпки в каждом сечении определяется формулой (1).

Последовательная отработка блоков складывается в отработку слоя, а отработка слоев - в отработку месторождения.

Практическая реализация предлагаемого изобретения.

Так как в основе предлагаемой системы разработки лежат не ортогональные фигуры, как это обычно принято в практике горных работ, а косоугольные, то многие параметры, в частности отметки штреков, напрямую зависят от размеров рудного тела. Поэтому рассматриваемое в качестве примера вертикальное рудное тело круглого сечения имеет конкретный радиус, равный 100 м.

Рудное тело, представленное вертикальным сечением на фиг.4, разделяем на наклонные слои с нормальной мощностью 2,8 м и углом наклона 45°.

В результате разделения получаем слои, пересекающие рудное тело как по полному сечению, так и по неполному. Последние приурочены к верхней и нижней границам отработки. Порядок отработки тех и других аналогичен, поэтому в качестве примера рассматривается отработка одного из полных слоев.

По формуле (2), исходя из предельного уклона очистной выработки, в данном случае принятого равным 0,1, рассчитывается угол β секторообразного блока, который получается равным 16°. Слой делится на блоки с рассчитанным углом (фиг. 2). Подготовительные работы заключаются в проведении откаточных штреков 5 к вершинам всех секторообразных блоков.

Перед началом очистных работ проходят наклонную нарезную выработку 6 (фиг.2). Во избежание потерь полезного ископаемого она располагается во вмещающих породах вдоль нижней границы нижнего блока. Выработка проходится при помощи проходческого комбайна. Размеры и форма поперечного сечения выработки показаны на фиг. 4, поз. 8.

Затем осуществляется отбойка руды тем же проходческим комбайном. Для удобства работы поперечное сечение очистной выработки принимается в виде прямоугольного треугольника с отрезанными острыми углами. Отсутствие острых углов делает любую точку периметра выработки доступной для резца комбайна. Исходя из формы очистной выработки получается и конфигурация очистного забоя 9 (фиг. 4), которая имеет “г” - образную форму, т.е. в пределах каждой заходки вынимается лента полезного ископаемого из стенки очистной выработки и лента из потолочины. Мощность вынимаемой ленты определяется совокупностью различных факторов, присущих отработке конкретного месторождения, в данном примере принимается равной 1м. После отбойки руда загружается в автотранспорт и доставляется на перегрузочный пункт. Этим же транспортом доставляется закладочный материал, который укладывается на подошву очистной выработки мощностью, определяемой формулой (1). Как легко посчитать, мощность подсыпки при принятых параметрах отработки равна 1м. В натуре мощность подсыпки соответствует высоте обнаженного откоса закладки нижележащего отработанного слоя. Такой постоянно присутствующий ориентир упрощает производство закладочных работ.

На этом первый элементарный цикл очистных работ заканчивается, начинается следующий, и так далее, до полного погашения блока, при этом очистная выработка состыкуется с откаточным штреком, пройденньм к вершине следующего вышележащего блока. С этого момента начинается отработка следующего секторообразного блока через свой откаточный штрек и так далее, до полной отработки слоя.

Самая последняя (верхняя) очистная выработка остается открытой до окончания отработки вышележащего слоя. Это позволяет, в случае усадки закладочного материала, восполнять его недостаток. При подходе очистного забоя вышележащего слоя к верхней границе нижележащая выработка забутовывается закладочным материалом.

Для обеспечения запасных выходов из очистного забоя и осуществления вентиляции вдоль контакта рудного тела, в плоскости вышележащего слоя, формируется кольцевая выработка 7 (фиг.3). Она не требует специальной проходки, а реализуется с помощью того же проходческого комбайна. Когда комбайн достигает границы рудного тела, он делает выемку в кровле очистной выработки вдоль контакта руды со вмещающими породами. Затем эта выемка перекрывается деревянным трапом в плоскости потолочины отрабатываемого слоя. По мере производства закладочных работ этот деревянный трап подбутовывается закладочным материалом и становится подошвой формируемой выработки.

Добыча руды из неполных слоев, приуроченных к нижней части месторождения, осуществляется аналогично вышеописанным работам. Разница лишь в форме поперечного сечения нарезных выработок 10 (фиг. 4).

Использованные источники

1. Некрасовский Я.Э., Белосветов А.В., Локшин Б.С. и др. Разработка месторождений полезных ископаемых. - М.: Недра, 1966. -С.161-164.

2. Некрасовский Я.Э., Белосветов А.В., Локшин Б.С. и др. Разработка месторождений полезных ископаемых. - М.: Недра, 1966. -С.390-394.

Формула изобретения

Система подземной разработки полезных ископаемых, включающая в себя разделение залежи на крутонаклонные слои, последовательную выемку руды из каждого слоя снизу вверх и закладку выработанного пространства нетвердеющим материалом, отличающаяся тем, что каждый слой разделяют на секторообразные блоки с углом при вершине

,

где α - угол наклона слоя;

i_max - предельно допустимый продольный уклон очистной выработки,

к вершине каждого блока подводят откаточный штрек, добычу руды в пределах блока производят длинными заходками, перемещая фронт очистного забоя по направлению к верхней части блока, по окончании каждой заходки производят подсыпку закладочного материала на подошву очистной выработки, мощность подсыпки Δh в каждом сечении определяется зависимостью

Δh = Δb•tgα,

где Δb - поперечное перемещение очистной выработки за одну заходку.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4