Способ открыто-подземной разработки целиков угля, оставленных между границей шахтного поля и бортом карьера

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке пластов полезных ископаемых, главным образом - угольных. Техническим результатом является повышение устойчивости камер и производительности труда при их проведении. Способ включает выемку целиков путем проведения от борта карьера к границе шахтного поля очистных камер и оставление между очистными камерами поддерживающих целиков угля. При этом целик угля разделяют на блоки, между блоками оставляют опорные целики угля, ширину каждого из которых принимают больше предельной ширины целика, при снижении которой происходит разрушение целика горным давлением. А длину очистных камер определяют из математического выражения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке пластов полезных ископаемых, главным образом - угольных.

Известен способ открыто-подземной разработки полезных ископаемых [Патент РФ №2224107], включающий выемку полезного ископаемого из бортов карьеров и траншей заходками с образованием выемочных камер и оставлением между ними ленточных предохранительных целиков с последующей закладкой выработанного пространства. Выработку ведут сериями от 3 до 10 выемочных камер в каждой серии. Толщина ленточных предохранительных целиков между камерами в каждой серии меньше, чем их толщина между сериями.

Существенными недостатками данного способа являются: значительные затраты на его реализацию, повышенная безопасность горных работ и низкая производительность труда.

Известен способ разработки угольных пластов в приконтурной зоне карьера [Патент РФ №2123109], включающий проведение магистральных и выемочных горных выработок и очистную выемку угля. Магистральные горные выработки проводят по простиранию пласта на нижней границе блока, подлежащего разработке. Выемочные выработки проводят по линии падения пласта, а очистные работы ведут сплошным фронтом по простиранию пласта с применением дистанционно управляемых выемочных и шнекобуровых машин.

Недостатками данного способа являются значительные затраты на проведение магистральных горных выработок и низкая производительность труда при отработке целиков угля, оставляемых между границей шахтного поля и бортом карьера.

Известен способ открыто-подземной разработки свиты пологих угольных пластов [Патент РФ №2285121], включающий в себя сооружение рабочей площадки по линии простирания пласта на уровне почвы разрабатываемого пласта, монтаж на рабочей площадке комплекса глубокой разработки пласта и выемку угля в стороне от рабочей площадки путем проведения параллельных очистных камер прямоугольного сечения с оставлением между камерами поддерживающих целиков угля.

Недостатками данного способа являются значительные потери угля, обрушения пород в очистных камерах и низкая производительность труда при отработке целиков угля, оставляемых между границей шахтного поля и бортом карьера.

Техническим результатом заявляемого способа является устранение недостатков прототипа, а именно повышение устойчивости очистных камер и производительности труда при отработке целиков угля, оставляемых между границей шахтного поля и бортом карьера.

Технический результат достигается тем, что в способе открыто-подземной разработки целиков угля, оставленных между границей шахтного поля и бортом карьера, включающем выемку целиков путем проведения от борта карьера к границе шахтного поля очистных камер и оставление между очистными камерами поддерживающих целиков угля, согласно изобретению целик угля, оставленный между границей шахтного поля и бортом карьера, разделяют на блоки, между блоками оставляют опорные целики угля, ширину каждого из которых принимают больше предельной ширины целика, при снижении которой происходит разрушение целика горным давлением, при этом длину очистных камер определяют из выражения

l≤Z_б-Z_пр,

где l - длина очистных камер, Z_б - ширина целика угля, оставленного между границей шахтного поля и бортом карьера, Z_пр - предельная ширина целика, при снижении которой происходит разрушение целика горным давлением.

При отработке целиков угля, в кровле которых залегают труднообрушающиеся породы, расстояние S между опорными целиками принимают меньше предельного пролета труднообрушающихся пород кровли при полной выемки угля между опорными целиками.

А при отработке целиков угля, в кровле которых залегают легкообрушающиеся породы, расстояние S между опорными целиками определяют из выражения

S≤2Нctgϕ,

Н - глубина залегания целика угля от поверхности,

ϕ - угол естественного обрушения пород кровли.

Сущность заявляемого способа открыто-подземной разработки угольных пластов поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена схема (вид в плане), иллюстрирующая взаимное расположение очистных камер, опорных и поддерживающих целиков.

На фиг.2 приведена схема, иллюстрирующая условия формирования нагрузок на поддерживающие целики при отработке целиков угля, в кровле которых залегают труднообрушающиеся породы.

На фиг.3 приведена схема, иллюстрирующая условия формирования нагрузок на поддерживающие целики при отработке целиков угля, в кровле которых залегают легкообрушающиеся породы.

На фигурах 1, 2 и 3: 1 - борт карьера; 2 - граница шахтного поля; 3 - выработанное пространство; 4 - целик угля, оставленный между границей шахтного поля и бортом карьера; 5 - опорные целики угля; 6 - поддерживающие целики угля; 7 - очистные камеры; 8 - труднообрушающиеся породы, залегающие в кровле барьерных целиков угля; 9 - земная поверхность; S - расстояние между опорными целиками угля; Н - глубина залегания целика от поверхности; ϕ - угол естественного обрушения пород кровли; l - длина очистных камер; Z_б - ширина барьерного целика; Z₁ - ширина опорного целика; Z₂ - ширина поддерживающего целика; h_o - мощность труднообрушающихся пород кровли, ABCD - блоки угля между опорными целиками.

Способ осуществляют следующим образом. Целик угля разделяют на блоки, между блоками оставляют опорные целики угля 5, ширину каждого из которых принимают больше предельной ширины целика, при снижении которой происходит разрушение целика горным давлением. В пределах блоков выемку целиков производят путем проведения от борта карьера 1 (фиг.1) к границе шахтного поля 2 очистных камер 7. Между очистными камерами 7 оставляют поддерживающие целики 6. Длину очистных камер 7 определяют из выражения 1≤Z_б-Z_пр. Расстояние между опорными целиками 5 принимают с учетом структуры пород кровли, залегающих над целиками угля, оставленных между границей шахтного поля и бортом карьера.

При отработке целиков, в кровле которых залегают труднообрушающиеся породы 8 (фиг.2), расстояние между опорными целиками принимают меньше предельного пролета труднообрушающихся пород кровли при полной выемке угля между опорными целиками.

При отработке целиков угля, в кровле которых залегают легкообрушающиеся породы (фиг.3), расстояние между опорными целиками определяют из выражения S≤2Нctgϕ.

При использовании заявляемого способа создаются благоприятные условия для ведения работ в очистных камерах по фактору "горное давление". Породы кровли в пределах отрабатываемого блока защемлены над неразрушаемыми опорами - целиками угля, ширина каждого из которых больше предельной ширины целика Z_пр, при снижении которой происходит разрушение целика горным давлением.

Нагрузки со стороны пород кровли, поддерживающие целики 6 в данных условиях, минимальные, следствием чего являются повышение устойчивости очистных камер в процессе их отработки, минимальные потери угля в поддерживающих целиках и высокая производительность очистных работ.

При выполнении условий, сформулированных в дополнительных пунктах формулы изобретения, обеспечивается достижение максимального положительного эффекта от использования заявляемого способа при различных типах пород кровли, залегающих над целиком угля.

При отработке целиков угля, в кровле которых залегают труднообрушающиеся породы, расстояние между опорными целиками принимают меньше предельного пролета труднообрушающихся пород кровли при полной выемке (без оставления поддерживающих целиков 6) угля между опорными целиками. При выполнении этого условия разрушения труднообрушающихся пород вся нагрузка воспринимается труднообрушающимися породами кровли и передается на опорные целики угля 5. Нагрузки на поддерживающие целики характеризуются минимально возможными величинами.

При отработке целиков угля, в кровле которых залегают легкообрушающиеся породы, расстояние между опорными целиками определяют из выражения S≤2Нctgϕ. Выполнение данного условия позволяет минимизировать суммарную ширину поддерживающих целиков в пределах блока.

Параметры, знание которых необходимо при реализации заявляемого способа (величина шага обрушения труднообрушающихся пород кровли, угол естественного обрушения пород кровли), определяют путем использования известных методик шахтных, лабораторных или аналитических исследований с учетом конкретных горно-геологических и горно-технических условий разработки целиков угля, оставленных между границей шахтного поля и бортом карьера.

Использование заявляемого способа позволяет повысить устойчивости камер и производительность труда при их проведении.

Областью рационального использования заявляемого способа являются пласты угля мощностью до 5 м с углами залегания 0-32°.

1. Способ открыто-подземной разработки целиков угля, оставленных между границей шахтного поля и бортом карьера, включающий выемку целиков путем проведения от борта карьера к границе шахтного поля очистных камер и оставление между очистными камерами поддерживающих целиков угля, отличающийся тем, что целик угля разделяют на блоки, между блоками оставляют опорные целики угля, ширину каждого из которых принимают больше предельной ширины целика, при снижении которой происходит разрушение целика горным давлением, а длину очистных камер определяют из выражения

l≤Z_б-Z_пр,

где l - длина очистных камер;

Z_б - ширина целика угля, оставленного между границей шахтного поля и бортом карьера;

Z_пр - предельная ширина целика, при снижении которой происходит разрушение целика горным давлением.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при отработке целиков угля, в кровле которых залегают труднообрушающиеся породы, расстояние между опорными целиками принимают меньше предельного пролета труднообрушающихся пород кровли при полной выемке угля между опорными целиками.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при отработке целиков угля, в кровле которых залегают легкообрушающиеся породы, расстояние между опорными целиками определяют из выражения

S≤2Hctgϕ,

где Н - глубина залегания целика от поверхности;

ϕ - угол естественного обрушения пород кровли.