способ разработки крутопадающих рудных тел

Формула изобретения

1. Способ разработки крутопадающих рудных тел малой и средней мощности выемочными блоками, заключающийся в подготовке, нарезке, бурении скважин из буровых выработок, их заряжании и взрывании, выдаче руды из блоков и поддержании выработанного пространства, отличающийся тем, что при выемке запасов выемочного блока фронт очистной выемки продвигают прирезками по линии простирания рудного тела, при этом буровые выработки проходят по линии наибольшей изменчивости формы рудного тела, а взрывную отбойку руды в прирезках ведут слоями, перпендикулярными продольной оси буровой выработки, размер которых в направлении линии максимальной изменчивости формы рудного тела принимают постоянным и кратным линии наименьшего сопротивления, а в направлении линии минимальной изменчивости формы рудного тела - переменным, определяемым по условию полноты выемки криволинейного участка рудного тела прямолинейным участком очистного пространства.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выемку балансовых запасов в пределах прирезок производят методом выбуривания в направлении линии минимальной изменчивости формы рудного тела.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при неравномерном оруденении рудных тел очистную выемку руды ведут избирательно с учетом рудоносности, оставляя безрудные участки между соседними буровыми выработками в качестве нерегулярных опорных целиков.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для тел с преобладающей изменчивостью формы по падению общую ширину вынимаемой прирезки принимают равной сумме ширины, определяемой по условию полноты выемки криволинейного рудного тела прямолинейным участком очистного пространства, и ширины бурового восстающего, при этом отбойку руды ведут уступным забоем одновременно горизонтальными и вертикальными скважинами, причем уступ, отбиваемый горизонтальными скважинами, всегда опережает уступ, отбиваемый вертикальными скважинами, на величину глубины этих скважин.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в очистном пространстве создают массив замагазинированной руды трапециевидной формы высотой H _м=k_р(H_a-h _n), с боковыми сторонами, наклоненными под углом естественного откоса отбитой руды, отбойкой руды из буровых восстающих одновременно в нескольких уступах с переменной высотой, равной слоями, перпендикулярными буровой выработке и отбиваемыми в смежных уступах последовательно в порядке, противоположном общему направлению подвигания фронта очистных работ, при этом высоту нижней подсечки (h_n) при проведении нарезных работ в каждой прирезке принимают переменной и равной

и который передвигают по линии простирания рудного тела вслед за фронтом очистных работ путем выпуска замагазинированной руды из выпускных отверстий, расположенных на границах отбиваемых прирезок с переменным шагом, равным ширине этих прирезок;

где h_i - высота i-го уступа;

- ширина i-го уступа;

- ширина (i-1)-го уступа;

- угол естественного откоса отбитой руды;

Н _а - активная высота этажа;

Н_м - высота магазина трапециевидной формы;

k _р - коэффициент разрыхления руды при отбойке;

h _n - высота нижней подсечки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке крутопадающих рудных тел.

Известен способ разработки жильных месторождений, включающий выемку рудного тела панелями по простиранию [1, 2]. Недостатком данных способов является достаточно узкая область применения, ограниченная рудными телами с очень выдержанными элементами залегания - угол падения, азимут простирания, мощность - как по падению, так и по простиранию рудных тел. По мере увеличения степени изменчивости хотя бы одного из этих элементов в пределах выемочного блока быстро начинают возрастать потери и разубоживание руды за счет несовпадения прямолинейных и фиксированных размеров очистного пространства и реального контура рудного тела на вынимаемом участке.

Наиболее близким до технической сущности и достигаемому результату является способ разработки жильных месторождений, включающий выемку рудного тела спаренными панелями по простиранию (прототип) [3].

Недостатком данного способа является возможность эффективного применения только на жилах с доминирующей изменчивостью по падению, ограниченные возможности изменения параметров технологии в соответствии с реальной изменчивостью формы и рудоносности рудных тел.

Целью изобретения является исключение существующих противоречий между возможностями буровой техники и реальной формой рудных жил, повышение производительности труда и степени механизации работ за счет эффективного применения самоходной или монорельсовой буровой техники.

Поставленная цель достигается тем, что при отработке запасов выемочного блока фронт очистной выемки вертикальными прирезками перемещают по линии простирания рудного тела, при этом буровые выработки проходят в направлении линии максимальной изменчивости формы рудного тела - либо по падению, либо по простиранию, а отбойку руды в прирезках ведут слоями, располагая в них взрывные скважины перпендикулярно продольной оси буровой выработки, при этом размер каждого слоя в направлении линии максимальной изменчивости рудного тела принимают кратным величине линии наименьшего сопротивления, определяемой, в свою очередь, свойствами руды, энергетикой зарядов и условиями взрывания, а в направлении линии минимальной изменчивости формы рудного тела принимают переменным, определяемым радиусом кривизны рудного тела и разницей между его мощностью и шириной очистного пространства, кроме того, если выемку запасов рудного тела ведут методом выбуривания, то буровые выработки проходят по линии наибольшей изменчивости рудного тела, а пилотные скважины бурят по линии наименьшей изменчивости рудного тела и затем производят их расширение с целью получения товарной руды.

Если, кроме изменчивости формы, отрабатываемое рудное тело имеет и неравномерное распределение полезного компонента (пониженную рудоносность), то после подготовительно-нарезных работ по описанной выше схеме из буровых выработок, пройденных в направлении максимальной изменчивости формы рудного тела, производят его обуривание, опробуют буровой шлам или стенки взрывных скважин, определяют пространственное положение безрудных участков и отбивают взрывом только участки рудного тела с промышленным содержанием полезного компонента, оставляя безрудные участки в качестве нерегулярных опорных целиков.

Трудоемкость нарезных и монтажных работ существенно снижается, если вместо проходки бурового восстающего ширину вынимаемой прирезки увеличивают на ширину бурового восстающего, забою придают уступную форму и отбивают руду одновременно горизонтальными скважинами с использованием очистного комплекса и вертикальными - с применением механизированного проходческого чолка, причем уступ, отбиваемый горизонтальными скважинами, всегда опережает уступ, отбиваемый вертикальными скважинами, на величину глубины этих скважин. Для обеспечения работы проходческого очистного комплекса выше уровня кровли этажного штрека в породах висячего бока проходят полевую горизонтальную выработку, сбивая ее с очистным пространством вдоль вертикальной осевой линии уступа, отбиваемого вертикальными скважинами.

При отработке протяженных по простиранию жил во вмещающих породах средней и ниже средней устойчивости, требующих временного поддержания посредством магазинирования руды, очистную выемку ведут одновременно в нескольких прирезках, придавая забою уступную форму и магазинируя руду в выработанном пространстве. Высоту уступов принимают переменной в зависимости от ширины прирезки, отбиваемой этим уступом, а отбойку руды в уступе ведут слоями постоянной толщины таким образом, чтобы образующая линия этого уступного забоя была наклонена к горизонту под углом естественного откоса отбитой рудной массы. Выпуск руды из блока ведут из дучек (люков), расположенных под первым со стороны нетронутого рудного массива уступом очистного забоя, поддерживая, таким образом, переднюю кромку массива замагазинированной руды с углом естественного откоса (а потому параллельную образующей линии уступного забоя) на расстоянии от забоя, необходимом для осуществления вентиляции блока. Положение задней кромки массива замагазинированной руды (а значит - его длину и скорость передвижения вдоль выработанного пространства) устанавливают путем переноса точки выпуска руды на откаточном штреке.

В очистном пространстве создают массив замагазинированной руды трапециевидной формы высотой H _м=k_p(H_a-h _H) с боковыми сторонами, наклоненными под углом естественного откоса отбитой руды, отбойкой руды из буровых восстающих одновременно в нескольких уступах с переменной высотой, равной , слоями, перпендикулярными буровой выработке и отбиваемыми в смежных уступах последовательно в порядке, противоположном общему направлению подвигания фронта очистных работ, при этом высоту нижней подсечки (h_n) при проведении нарезных работ в каждой прирезке принимают переменной и равной , и который передвигают по линии простирания рудного тела вслед за фронтом очистных работ путем выпуска замагазинированной руды из выпускных отверстий, расположенных на границах отбиваемых прирезок с переменным шагом, равным ширине этих прирезок; где h_i - высота i-го уступа; - ширина i-го уступа; - ширина (i-1)-го уступа; - угол естественного откоса отбитой руды; Н _а - активная высота этажа, Н_м - высота магазина трапециевидной формы; k_р - коэффициент разрыхления руды при отбойке; h_n - высота нижней подсечки.

Необходимость постоянного существования зазора между подвижным массивом замагазинированной руды и рудным массивом при выемке прирезок переменной ширины уступами переменной высоты предъявляет особые требования к параметрам нарезных работ.

Одновременно должны быть созданы возможности для выпуска избытка отбитой руды путем создания точек выпуска строго по границам отбиваемых прирезок.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 (а, b, с) показана схема отработки рудного тела с более высокой изменчивостью его формы по линии падения. На фиг.2 (а, b, с) показана схема отработки для рудных тел с более высокой изменчивостью формы по линии простирания. На фиг.3 (а, b, с) показана схема отработки рудного тела с применением метода выбуривания для случая более высокой изменчивости формы по линии падения. На фиг.4 (а, b, с) показана схема отработки рудного тела с применением метода выбуривания для случая более высокой изменчивости формы по линии простирания. На фиг.5 (а, с) показан вариант отработки рудных тел с преобладающей изменчивостью по линии падения и неравномерным распределением полезного компонента. На фиг.6 (а, b, с) показан вариант отработки рудных тел с преобладающей изменчивостью по линии простирания и неравномерным распределением полезного компонента. На фиг.7 (а, с) приведена схема отбойки руды одновременно горизонтальными (с использованием очистного монорельсового комплекса) и вертикальными (с применением проходческого монорельсового комплекса) скважинами, при увеличенной ширине вынимаемой прирезки. На фиг.8 приведена схема отработки рудных тел с подвижным массивом замагазинированной руды для жил, имеющих более сложную форму по падению. На фиг.9 приведена схема отработки рудных тел с подвижным массивом замагазинированной руды для жил, имеющих более сложную форму по простиранию. На фиг.10 показан порядок отбойки уступов и слоев в них, а также нарезных работ при отработке рудных тел прирезками переменной ширины с подвижным массивом замагазинированной руды.

Система разработки крутопадающих рудных тел содержит этажные штреки 1, фланговые восстающие 2, буровые выработки 3, взрывные скважины 4, отбиваемые слои руды 5, самоходные или переносные буровые комплексы 6, очистные монорельсовые комплексы 7, отбитую руду 8 на днище блока 9, прирезки переменной ширины 10, буровые агрегаты 11 для бурения скважин большого диаметра, пилотные скважины 12 малого диаметра, очистные скважины 13, безрудные участки 14, выработанное пространство 15, междублоковые целики 16, монтажную выработку 17, проходческий монорельсовый комплекс 18, сбойки монтажной выработки с очистным пространством 19, горизонтальный монорельс 20, вертикальный монорельс 21, выпускные отверстия 22 для выдачи отбитой руды 8, направление послойной отбойки прирезок 23 принимают обратным направлению подвигания фронта очистной выемки 24, переднюю 25 и заднюю 26 поверхности магазина, фронт очистной выемки 27, закладку 28, нижнюю подсечку прирезок 29.

Перечень последовательностей

1 - этажные штреки

2 - фланговые восстающие

3 - буровые выработки

4 - взрывные скважины

5 - отбиваемый слой руды

6 - колесный буровой комплекс

7 - очистной монорельсовый комплекс

8 - отбитая руда

9 - днище блока

10 - прирезка

11 - буровой агрегат

12 - пилотные скважины

13 - очистные скважины

14 - безрудные участки рудного тела

15 - выработанное пространство

16 - междублоковый целик

17- монтажная выработка

18 - проходческий монорельсовый комплекс

19 - сбойки монтажной выработки с очистным пространством

20 - горизонтальный монорельс

21 - вертикальный монорельс

22 - выпускные отверстия

23 - направление послойной отбойки прирезок

24 - направление подвигания фронта очистной выемки

25 - передняя поверхность магазина

26 - задняя поверхность магазина

27 - условная линия фронта очистной выемки

28 - закладка

29 - нижняя подсечка прирезок

Способ осуществляется следующим образом. Эксплуатационный блок готовят к очистной выемке и проходят этажные штреки 1 и фланговые восстающие 2, ограничивающие блок по простиранию и по падению (фиг.1 и 2). По данным опробования этих выработок определяют модуль сложности формы рудного тела по падению ( ₁) и по простиранию ( ₂) по известной методике:

,

где - градиент отклонения от рудного тела по простиранию; - градиент отклонения в направлении, перпендикулярном линии простирания; N - общее число предельных отклонений на исследуемой длине.

Затем проходят буровые выработки 3 в направлении наибольшего значения модуля сложности формы жилы. Расстояния между этими выработками всегда переменны и определяются условиями отбойки.

Из буровых выработок взрывными скважинами 4 обуривают и отбивают слои руды 5, перпендикулярные продольной оси этих выработок. Толщина слоя 5 определяется техническими возможностями бурового оборудования и принимаемым порядком взрывных работ, но она всегда кратна величине ЛНС, определяемой по известным методикам.

Второй параметр каждого отбиваемого слоя - глубину скважины 4 (l₁) принимают переменным в зависимости от формы отбиваемого участка жилы в прирезке и определяют по известной методике:

,

где М - выемочная мощность, м; m - мощность рудного тела, м; R - радиус кривизны рудного тела на отбиваемом участке в направлении минимального модуля сложности рудного тела, м. Бурение скважин 4 из буровых выработок 3 производится самоходными или переносными буровыми комплексами 6 при использовании подэтажных штреков либо монорельсовыми буровыми комплексами 7 при использовании буровых восстающих. Очистная выемка в блоке ведется следующим образом. Из буровой выработки 3 бурят, заряжают и взрывают взрывные скважины 4. Отбитая руда 8 падает на днище блока 9, откуда ее выпускают одним из известных способов. Прирезки переменной ширины 10 отбивают последовательно от одного флангового восстающего 2 к другому.

При использовании технологии очистной выемки с выбуриванием рудного тела (фиг.3, 4) подготовка эксплуатационного блока заключается в проходке этажных штреков 1 и фланговых восстающих 2, между которыми в направлении максимальной изменчивости формы рудного тела проходят буровые выработки 3, в которых устанавливаются буровые агрегаты 11 для бурения скважин большого диаметра. В направлении, перпендикулярном буровой выработке 3, бурят по оси рудного тела пилотные скважины 12 малого диаметра до следующей буровой выработки. Затем по этим скважинам методом расширения проходят очистные скважины 13 заданного по условиям полноты выемки диаметра. Расстояние между буровыми выработками 3 (глубина скважин 12 и 13) зависит от формы рудного тела и определяют по приведенной выше методике.

Буровой шлам выдают в качестве товарной руды из блока одним из известных методов.

При отработке рудных тел с неравномерным оруденением и невысокой рудоносностью после завершения проходки этажных штреков 7, фланговых восстающих 2 и буровых выработок 3 производится опробование всех их известным способом. В процессе бурения взрывных скважин 4 каждую из них также опробуют одним из известных методов (например, шламовым или рентгенорадиометрическим) (фиг.5 и 6). По результатам опробования определяют положение в пространстве безрудных участков 14, их размеры и форму. Эти участки оставляют при очистной выемке не отбитыми, применяя метод недозаряда скважин 4, пересекающих безрудные участки 14. В результате повышается качество отбитой руды 8, осуществляется поддержание выработанного пространства 15 и появляется возможность пропорционального снижения потерь балансовых запасов в между блоковых целиках 16.

При отработке рудных тел с высокой изменчивостью формы по падению, но выдержанных по простиранию применяют вариант с увеличенной шириной прирезки (фиг.7). Для подготовки эксплуатационного блока к очистной выемке проходят фланговые восстающие 2, ограничивающие блок по простиранию, и этажные штреки 1. В висячем боку жилы выше кровли откаточного штрека вдоль блока проходят монтажную выработку 17, в которой устанавливают оборудование для перемещения по ней проходческого монорельсового комплекса 18, работающего в очистном пространстве. Эту выработку соединяют с очистным пространством посредством группы выработок 19, расстояние между которыми определяют исходя из ширины выемочной прирезки 10. В верхнем этажном штреке 1 монтируют горизонтальный монорельс 20, на который навешивают очистной монорельсовый комплекс 7 для отбойки руды горизонтальными скважинами. Отработку блока ведут следующим образом. Отбив первую прирезку (вдоль междублокового целика 16) на всю высоту блока описанным выше способом, на вертикальный монорельс 21 навешивают комплекс 7 для отбойки руды горизонтальными скважинами и начинают послойное обуривание и отбойку горизонтальными скважинами 4 руды во второй прирезке и демонтаж монорельса снизу вверх. Одновременно с отставанием на 2-3 цикла начинают выемку запасов следующей прирезки с применением восстающих шпуров или скважин и посекционным монтажом монорельса снизу вверх посредством применения проходческого монорельсового комплекса 18. По окончании работ в смежных прирезках очистной монорельсовый комплекс переводят, по верхней выработке 1, на готовый став монорельса, оставшийся после проходческого комплекса, а проходческий комплекс - по монтажной выработке 17 перемещают в следующую прирезку и цикл работ повторяется. Отбитая в каждой прирезке руда 8 падает на днище блока 9 и ее выпускают одним из известных методов.

В результате значительно возрастает производительность труда на добыче руды, так как в отличие от известных способов выемки руды прирезками по простиранию монтаж става монорельса для размещения в блоке очистного комплекса для отбойки руды горизонтальными скважинами ведут одновременно с отбойкой руды в следующей прирезке.

Предлагаемый способ позволяет значительно повысить производительность труда и безопасность ведения работ на очистной выемке при минимальных потерях полезного ископаемого. Рост производительности труда достигает 15-20% за счет многозабойной добычи руды в очистном блоке и снижения удельного веса непроизводительных работ по монтажу и демонтажу монорельса.

При отработке рудных тел, протяженных по простиранию во вмещающих породах средней и ниже средней устойчивости, требующих временного поддержания посредством магазинирования руды, применяют вариант с подвижным магазином (фиг.8, 9, 10). Подготовку и нарезку выемочного участка производят проведением этажных штреков 7, а также буровых выработок 3 по оси каждой выемочной прирезки 10. Ширину этих прирезок принимают переменной и определяют по приведенной выше методике в зависимости от морфологии жилы. Выдачу отбитой руды 8 производят через выпускные отверстия 22, которые располагают на границах смежных прирезок 10. Отбойку руды в прирезках ведут с применением колесных 6 или очистных монорельсовых комплексов 7 перпендикулярными буровой выработке слоями 5, толщина которых постоянна и зависит от технических параметров машин 6, 7 (фиг.8, 9). Направление послойной отбойки прирезок 23 принимают обратным направлению подвигания фронта очистной выемки 24, то есть сначала отбивают слой a₁ в прирезке i+1, затем а₂, а₃ и т.д. (фиг.10). Выпуск руды при этом ведут одновременно из двух выпускных отверстий, расположенных по обе стороны прирезки i+1. Когда забой прирезки i+1 будет поднят на высоту , то дальнейший выпуск руды ведут только через люк, расположенный на границе прирезок i+1 и i+2, а отбойку руды в уступах продолжают. Как только забой прирезки i+1 поднимут на высоту , начинают отбойку руды в прирезке i+2. Таким образом, обеспечивают подвигание передней поверхности магазина 25 с переменным шагом, равным ширине первой со стороны массива отбиваемой прирезки, и постоянство зазора между передней поверхности магазина 25 и неотбитой рудой, что гарантирует свободный приток свежего воздуха в буровые выработки 3 через нижнюю подсечку. Выпуск отбитой руды 8 из магазина, сформированного в очистном пространстве, ведется с его задней поверхности 26. Это обеспечивает постоянное подвигание передней поверхности магазина 25 вслед за фронтом очистной выемки 27. Выработанное пространство 15 за задней поверхностью магазина 26 либо оставляют открытым, либо заполняют закладкой 28 через верхний этажный штрек 1 (фиг.8).

Источники информации

1. Каплунов Р.П., Бурцев Л.И. Применение систем сплошной выемки с бурильно-транспортным агрегатом при разработке тонких жил. Горный журнал, №5, 1951, С.27-32.

2. Назарчик А.Ф. Исследование эффективности разработки жильных месторождений. М.: Наука, 1972, 265 с. (стр.132-133, рис.46).

3. Рафиенко Д.И., Назарчик А.Ф., Мамсуров Л.А. Совершенствование разработки жильных месторождений. М.: Наука, 1986, 216 с. (стр.95, рис.5.1) (прототип).