способ разработки мощных месторождений в неустойчивом горном массиве

Формула изобретения

1. Способ разработки мощных месторождений в неустойчивом горном массиве, включающий разработку рудного тела непрерывным очистным забоем без оставления целиков, проходку подготовительных и нарезных выработок, образование компенсационных полостей в массиве блока отбойкой руды зарядами взрывчатого вещества в комплекте скважин на отрезные восстающие выработки, отбойку руды блока зарядами взрывчатого вещества на компенсационные полости и зажатую среду и выпуск отбитой руды, отличающийся тем, что по меньшей мере одну компенсационную полость в начальный период образуют отбойкой руды зарядами взрывчатого вещества в комплекте скважин на отрезную восстающую выработку и полным выпуском отбитой руды, а затем по мере увеличения размера компенсационной полости и снижения устойчивости ее стенок после отбойки руды зарядами взрывчатого вещества в комплекте скважин на отрезную восстающую выработку производят частичный выпуск отбитой руды в пределах 20-30% от ее объема, а остальную отбитую руду магазинируют в компенсационной полости и дальнейшую отбойку руды для расширения компенсационной полости ведут на замагазинированную отбитую руду, причем при отбойке последним проектным комплектом зарядов взрывчатого вещества компенсационную полость полностью заполняют отбитой рудой и для образования последующей компенсационной полости перед отбойкой руды в массиве блока производят разрыхление замагазинированной отбитой руды в компенсационной полости выпуском замагазинированной отбитой руды в размере 25-40% ее объема, и дальнейшую отбойку руды массива блока ведут минными рассредоточенными зарядами взрывчатого вещества, размещенными в восстающих выработках, на разрыхленную замагазинированную отбитую руду в компенсационных полостях и зажатую среду, после чего ведут выпуск всей отбитой руды из блока.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отбойку руды в массиве блока ведут зарядами взрывчатого вещества, размещенными в комплекте пучковых скважин.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что отбойку руды в массиве блока ведут комбинированно с использованием рассредоточенных минных зарядов взрывчатого вещества в восстающих выработках и зарядов взрывчатого вещества в комплектах пучковых скважин.

4. Способ по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что отбитую руду из блока выпускают одновременным дозированным вибровыпуском.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной отработке месторождений в неустойчивом горном массиве, в том числе и в условиях повышенного горного давления на больших глубинах.

Известен способ разработки мощных и средней мощности рудных тел (см. а. с. СССР 1543079, Е 21 С 41/22, опубл. в БИ 6 1990 г.), включающий разбуривание массива блока рядами скважин, формирование компенсационного пространства, заряжание и взрывание пройденных рядов скважин на компенсационное пространство и зажатую среду в направлении от зажатой среды к массиву и выпуск руды, причем компенсационное пространство формируют на всю высоту блока на границе его с рудным массивом проходкой серии восстающих выработок, последний ряд скважин бурят в массиве между восстающими, а при отбойке руды на границе блока с рудным массивом формируют податливый слой из отбитой руды взрыванием скважин между восстающими с миллисекундным опережением по отношению к взрыванию ряда скважин перед восстающими.

Недостатком известного способа является ограниченная величина компенсационного пространства, что не позволяет отбивать блоки увеличенных размеров. Использование восстающих выработок в качестве компенсационного пространства увеличивает трудоемкость известного способа.

Известен также способ отработки рудных месторождений (см. а.с. СССР 1752961, Е 21 С 41/22, опубл. в БИ 29 1992 г.), включающий проходку нарезных и подготовительных выработок, формирование многорядных восстающих взрывных выработок с расстоянием между ними в ряду, определяемым в зависимости от диаметра выработки, плотности заряжания и удельного расхода взрывчатого вещества (ВВ) на отбойку, образование компенсационных полостей, заряжание восстающих выработок зарядами ВВ, отбойку руды взрыванием зарядов ВВ в восстающих выработках на компенсационные полости и зажатую среду и выпуск руды, причем компенсационные полости образуют в восстающих выработках каждого ряда через одну, заряды ВВ формируют в оставшихся смежных восстающих выработках, при этом компенсационные полости и заряды по высоте смежных восстающих выработок оформляют в шахматном порядке, а расстояние между восстающими выработками в ряду, между рядами выработок, между зарядами ВВ и компенсационными полостями в смежных восстающих выработках по их высоте принимают одинаковой величины.

Недостатком известного способа является большая трудоемкость ведения работ по проходке большого количества восстающих выработок, необходимого для того, чтобы обеспечить нормальную отбойку руды с необходимым коэффициентом разрыхления руды при отбойке.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ отработки блоков на больших глубинах (см. а.с. СССР 2029868, Е 21 С 41/22, опубл. в БИ 6 1995 г.), включающий подготовку технологических блоков, образование компенсационных камер, отбойку на них полезного ископаемого концентрическими вертикальными слоями с использованием эффекта встречного радиально-направленного выброса руды, определение направления максимального напряжения в массиве, причем компенсационные камеры выполняют различного объема и располагают в шахматном порядке в соответствии с направлением максимального главного напряжения.

Недостатком известного технического решения является большая трудоемкость образования компенсационных камер при подготовке блока. В известном способе не поддерживаются целики между компенсационными камерами, что ведет к их самообрушению в неустойчивом массиве горных пород, создавая опасные условия отработки месторождения. Вышеуказанное не позволяет применять известный способ в неустойчивом массиве и при большом горном давлении.

Технической задачей предлагаемого технического решения является создание способа, обеспечивающего безопасное ведение работ при отработке месторождения в неустойчивом горном массиве путем создания условий по поддержанию компенсационных полостей от самообрушения.

Поставленная задача решается следующим образом. В способе разработки мощных месторождений в неустойчивом горном массиве, включающем разработку рудного тела непрерывным очистным забоем без оставления целиков, проходку подготовительных и нарезных выработок, образование компенсационных полостей в массиве блока отбойкой руды зарядами взрывчатого вещества в комплекте скважин на отрезные восстающие выработки, отбойку руды блока зарядами взрывчатого вещества на компенсационные полости и зажатую среду и выпуск отбитой руды, для решения поставленной задачи по меньшей мере одну компенсационную полость в начальный период образуют отбойкой руды зарядами взрывчатого вещества в комплекте скважин на отрезную восстающую выработку и полным выпуском руды, а затем по мере увеличения размера компенсационной полости и снижения устойчивости ее стенок после отбойки руды зарядами взрывчатого вещества в комплекте скважин на отрезную восстающую выработку производят частичный выпуск отбитой руды в пределах 2030% от ее объема. Остальную отбитую руду магазинируют в компенсационной полости и дальнейшую отбойку руды для расширения компенсационной полости ведут на замагазинированную отбитую руду, причем при отбойке последним проектным комплектом зарядов взрывчатого вещества компенсационную полость полностью заполняют отбитой рудой и для образования последующей компенсационной полости перед отбойкой руды в массиве блока производят разрыхление замагазинированной отбитой руды в компенсационной полости выпуском замагазинированной отбитой руды в размере 2540% ее объема (объема компенсационной полости). Дальнейшую отбойку руды массива блока ведут минными рассредоточенными зарядами взрывчатого вещества, размещенными в восстающих выработках, на разрыхленную замагазинированную отбитую руду в компенсационных полостях и зажатую среду, после чего ведут выпуск всей руды из блока.

Существенными отличиями предлагаемого технического решения являются:

В массиве блока по меньшей мере одну компенсационную полость в начальный период образуют отбойкой руды зарядами взрывчатого вещества в комплекте скважин на отрезную восстающую выработку и полным выпуском отбитой руды, а затем по мере увеличения размера компенсационной полости и снижения устойчивости ее стенок после отбойки руды зарядами взрывчатого вещества в комплекте скважин на отрезную восстающую выработку производят частичный выпуск отбитой руды в пределах 2030% от ее объема, а остальную отбитую руду магазинируют в компенсационной полости.

В массиве блока при большой его площади могут образовывать несколько компенсационных полостей. Количество компенсационных полостей определяют из условий устойчивости массива, площади блока, применяемой технологии дробления массива руды в блоке и физико-механических свойств руды. Каждую компенсационную полость образуют одинаковыми приемами. В начальный период после проходки отрезной восстающей выработки (безлюдным методом секционным взрыванием зарядов ВВ в одном комплекте скважин, пробуренных по трассе отрезной восстающей выработки) ее сечение увеличивают взрыванием одной скважины и после выпуска отбитой руды из полученной компенсационной полости ограниченного сечения взрывают заряды ВВ в двух скважинах следующего комплекта, после чего производят выпуск отбитой руды из полученной увеличенной компенсационной полости. При этом ведут наблюдение за состоянием стенок этой компенсационной полости. При обнаружении отслоений от стенок и снижения устойчивости прекращают применение известного приема образования компенсационной полости и переходят на специальный прием. После отбойки руды зарядами ВВ в комплектах скважин производят частичный выпуск отбитой руды в количестве 2035% от ее объема, а оставшуюся часть отбитой руды магазинируют в полученной компенсационной полости для поддержания ее стенок от обрушения. Количество 20% - это минимальный объем разрыхления, при котором возможна отбойка последующего слоя. Количество 35% - это объем, достаточный для поддержания стенок образованной компенсационной полости. Использование в начальный период образования компенсационной полости известной технологии обеспечит надежность ее образования. Проведенными исследованиями установлено, что только поэтапное последовательное расширение компенсационной полости позволяет выполнить эту операцию без осложнений. Объясняется это тем, что после переуплотнения замагазинированной руды с коэффициентом более 1,15 она плохо выпускается, возможны зависания ее в компенсационной полости, недоступные и необозримые с выработок выпуска руды.

Дальнейшую отбойку для расширения компенсационной полости ведут на замагазинированную отбитую руду. Это обеспечивает образование компенсационной полости последовательным взрыванием зарядов ВВ в комплектах скважин и поддержание стенок компенсационной полости замагазинированной отбитой рудой. При этом необходимо учитывать, что объем отбитой руды должен соответствовать допускаемому коэффициенту разрыхления 1,15 для безаварийного выпуска руды.

При отбойке последним проектным комплектом зарядов взрывчатого вещества компенсационную полость полностью заполняют отбитой рудой. Это обеспечивает сохранение стенок компенсационной полости от обрушения (поддержанием замагазинированной отбитой рудой) на длительный срок, необходимый для подготовки массива блока к отбойке руды.

Для образования последующей компенсационной полости перед отбойкой руды в массиве блока производят разрыхление замагазинированной отбитой руды в компенсационной полости выпуском замагазинированной отбитой руды в размере 2540% ее объема. Вышеуказанное обеспечивает полное разрыхление всей руды, находящейся в компенсационной полости, при этом замагазинированная руда, после отбойки имеющая коэффициент разрыхления 1,15 - 1,20, разрыхляется до коэффициента разрыхления 1,8 - 1,95 и более, что создает необходимый объем компенсационной полости. Зная размеры компенсационной полости, определяют толщину слоя руды, которую можно отбивать, используя пространство этой компенсационной полости.

Дальнейшую отбойку руды массива блока ведут минными рассредоточенными зарядами ВВ, размещенными в восстающих выработках, на разрыхленную замагазинированную отбитую руду в компенсационных полостях и зажатую среду. Неустойчивый массив руды в блоке не позволит сохранить скважины для размещения ВВ. Опыт показывает, что скважины после обуривания в неустойчивом массиве перекрываются движущими блоками руды, в результате чего их невозможно зарядить зарядами ВВ, и тогда теряется до 50% обуренных скважин. В неустойчивом массиве целесообразно использовать для отбойки руды минные заряды ВВ, размещенные в восстающих выработках, что и предусматривается данным техническим решением. Практика показывает, что при соблюдении технологии использования рассредоточенных минных зарядов ВВ, можно добиться хорошего и равномерного дробления массива горных пород.

После чего ведут выпуск всей отбитой руды из блока. Целесообразно вести выпуск руды из блока по всей площади панели блока без деления на руду, находящуюся в районе компенсационной полости, и руду, находящуюся в остальном массиве. При использовании технологии одновременного дозированного вибровыпуска руды потери и разубоживание составят 2 - 5%.

Целесообразно отбойку руды в массиве блока вести зарядами ВВ, размещенными в комплекте пучковых скважин. Для технологического блока ограниченных размеров в относительно устойчивом массиве, когда не будет потерь обуренных скважин за счет перекрытия их сечений перемещающими структурными блоками, целесообразно использовать для отбойки руды заряды ВВ, размещенные в пучковых скважинах.

Целесообразно также отбойку руды в массиве блока вести комбинированно с использованием рассредоточенных минных зарядов ВВ в восстающих выработках и зарядов ВВ в комплектах пучковых скважин. Использование комбинированного способа размещения зарядов ВВ позволит уменьшить затраты на подготовку блока к отбойке руды сложной формы в поперечном сечении за счет увеличения линии наименьшего сопротивления и располагать там, где позволяют горно-геологические условия (мощное рудное тело), минные заряды ВВ в восстающих выработках и заряды ВВ в скважинах, где мощность рудного тела ограничена.

Целесообразно отбитую руду из блока выпускать одновременным дозированным вибровыпуском. Это позволит образовать в очистном забое единый поток движущейся отбитой руды, что обеспечит минимальное засорение налегающими пустыми породами, а также боковыми пустыми породами, что снизит разубоживание и потери руды, которые могут составить 2 - 5%.

Пример выполнения способа разработки мощных месторождений в неустойчивом горном массиве показан на принципиальных схемах фиг.1 - 7, где на:

фиг. 1 показана принципиальная схема разработки мощных месторождений в неустойчивом горном массиве (узел бурового горизонта, вертикальный разрез вкрест простирания блока);

фиг.2 - то же, сечение А-А на фиг.1;

фиг.3 - схема обуривания компенсационной полости в плане;

фиг. 4 - вариант отбойки руды массива блока зарядами ВВ в пучковых скважинах;

фиг.5 - нарезка днища блока под вибровыпуск руды;

фиг.6 - то же, разрез Б - Б (фиг.5);

фиг. 7 - схема одновременного дозированного вибровыпуска руды на почву транспортной выработки.

Нарезку горизонтов и проходку горно-подготовительных и нарезных выработок (поз. не обозначены) в блоке ведут известными приемами. На буровом горизонте проходят буровой орт 1 (фиг.1, 2) для разбуривания массива 2 руды в блоке 3, ограниченном очистным забоем 4 и границей блока, обозначенной пунктирной линией. Из бурового орта 1 проходят восстающие выработки 5 (на фиг.1 шесть штук) безлюдным методом секционным взрыванием комплекта зарядов ВВ по трассе восстающей выработки 5. В восстающей выработке 5 размещают рассредоточенные по высоте минные заряды 6 ВВ. Промежутки между минными зарядами 6 ВВ заполняют инертным материалом 7, например древесными опилками, золой, песком и т.п.

Для образования компенсационных полостей 8 (может быть одна компенсационная полость 8 в блоке 3 и более) проходят буровой орт 9 (фиг.1 - 3). В нем для каждой компенсационной полости 8 проходят отрезную восстающую выработку 10 также безлюдным методом и разбуривают комплекты скважин 11 (фиг.3). На фиг. 3 цифрами I - VI обозначена очередность взрывания комплектов зарядов ВВ в скважинах 11. В процессе образования компенсационную полость 8 заполняют замагазинированной отбитой рудой 12 (фиг.1, 2). При ограниченных размерах блока 3 (фиг.4) и устойчивом массиве руды 2 (скважины сохраняются до момента их заряжания ВВ) отбойку могут производить зарядами ВВ, размещенными в пучковых скважинах 13, причем количество рядов пучковых скважин 13 может быть несколько (два, три и более). Количество скважин 13 в пучке определяют расчетом расхода ВВ для разрушения массива блока около пучка.

В зависимости от горно-геологических и горно-технических условий отбойку руды в массиве 2 блока могут производить комбинированным способом с использованием рассредоточенных минных зарядов ВВ в восстающих выработках 5 и зарядов ВВ в комплектах пучковых скважин 13 (принципиальная схема размещения зарядов ВВ при комбинированном способе на фиг. не показана).

На фиг.5 - 7 показан пример оформления днища блока 3 под вибровыпуск руды с траншеями 14, камерами 15 для монтажа вибромашин 16 и транспортных ортов 17.

Способ разработки мощных месторождений в неустойчивом горном массиве осуществляют следующим образом.

Отрезную восстающую выработку 10 (фиг.3) в начальный период расширяют, взрывая заряд ВВ в скважине 11 с цифрой I. При этом производят отгрузку всей отбитой руды. Затем взрывают заряды ВВ в скважинах с цифрами II - II и производят выпуск всей отбитой руды. Затем взрывают заряды ВВ в скважинах с цифрами III - III и после выпуска руды определяют устойчивость стенок образовавшейся компенсационной полости 8. При обнаружении неустойчивости ее стенок дальнейшую отбойку руды ведут с частичным магазинированием. При взрываний зарядов ВВ в скважинах 11, обозначенных цифрами IV, производят выпуск отбитой руды в объеме 20 30%, остальную отбитую руду магазинируют для поддержания стенок компенсационной полости 8. Дальнейшую отбойку руды в компенсационной полости 8 ведут на замагазинированную отбитую руду. Количество одновременно отбиваемой руды определяют таким, чтобы объем компенсационной полости 8 обеспечивал коэффициент разрыхления слоя отбитой руды не менее 1,15.

При отбойке последним проектным комплектом зарядов ВВ компенсационную полость 8 заполняют взорванной отбитой рудой с минимально возможным коэффициентом разрыхления 1,15. После образования компенсационной полости 8 производят проходку восстающих выработок 5 (фиг.1, 2) или бурение пучковых скважин 13 (фиг.4) для отбойки руды в массиве. Проходку восстающих выработок 5 и бурение пучковых скважин 13 могут совмещать с операцией образования компенсационной полости 8. Перед ведением взрывных работ в массиве блока производят частичный выпуск замагазинированной отбитой руды 12 в количестве 25 40 % ее объема, доведя коэффициент разрыхления отбитой руды до 1,8 1,95 и более.

После этого производят закладку минных зарядов 6 ВВ в восстающих выработках 5 с промежутками из инертных материалов 7, например золы, песка. Взрывание ведут на зажатую среду (из пустых пород очистного забоя 4) и разрыхленную замагазинированную отбитую руду 12. При использовании зарядов ВВ в пучковых скважинах 13 отбойку производят также на зажатую среду (пустых пород очистного забоя 4) и разрыхленную замагазинированную отбитую руду 12 в компенсационной полости 8. Выпуск отбитой руды из блока ведут через траншеи 14 вибромашинами 16 в транспортные средства, перемещающиеся в транспортных ортах 17 площадной дозированной поочередно последовательной технологией известными методами. Кроме того, выпуск отбитой руды из блока могут вести одновременным дозированным вибровыпуском. Для чего в одновременную работу включают группу вибромашин, например двенадцать штук (согласно схеме, приведенной на фиг. 6) на 3 - 5 минут. Заполняют транспортный орт 17 под каждой вибромашиной, после чего их отключают. Выпущенную на почву транспортного орта 17 отбитую руду отгружают погрузочно-доставочными машинами. Одновременное включение вибромашин позволяет дозировать объем выпускаемой отбитой руды. В очистном забое 4 образуется один общий поток руды на все сечение блока, что препятствует проникновению пустых пород сверху и сбоку. Способ обеспечивает минимальные потери и разубоживание руды в пределах 2 - 5%.