способ защиты массива от проявлений горного давления

Формула изобретения

Способ защиты рудного массива от проявлений горного давления, включающий формирование по простиранию и падению рудного тела за пределом отрабатываемого блока вертикальной разгрузочной щели ступенчатой формы на расстояние, определяемое линией пересечения плоскостей, расположенных под углом внутреннего трения пород друг к другу, одна из которых является касательной к границам отрабатываемого блока, а другая расположена в плоскости щели, которая проходит за пределы отрабатываемого выработками блока по простиранию и падению рудного тела, заполнение отбитой рудой с размерами кусков, равными 0,3-0,5 ширины щели, образование днища блока, измерение действующих в массиве напряжений и управление горным давлением при достижении напряжений критической величины путем частичного выпуска из щели отбитой руды, отличающийся тем, что разгрузочную щель формируют с расширяющимися боками под углом 2-5^o, боковые сопряженные пары бурят параллельно вертикальному боку разгрузочной щели шириной 0,2-0,25 м, а противоположные одиночные скважины бурят под углом 2-5^o параллельно второму боку разгрузочной щели, пересекаемые горные выработки соединяют искусственными патрубками через обрушенное пространство щели, при этом концы патрубков в горные выработки массива блока устанавливают на глубину 1-2 м и по величине смещения концов патрубков относительно контура горной выработки контролируют напряженное состояние массива в блоке.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке месторождений полезных ископаемых в условиях высокого горного давления.

Известен способ управления напряженно-деформированным состоянием массива горных пород (Авт. свид. СССР 1582733), заключающийся в образовании буровзрывным способом скважинными зарядами взрывчатых веществ (ВВ) щели, сужающейся на глубину и длиной, соответствующей длине отрабатываемого блока (участка).

К недостатку способа относится небольшая длина, которая ведет к нарушению состояния взрывных скважин, удаленных от щели.

Наиболее близким техническим решением является способ защиты массива блока от проявлений горного давления (Авт. свид. СССР 1731949), включающий формирование в массиве вертикальной разгрузочной щели ступенчатой формы, расширяющейся по высоте под углом 3-5^o в каждой ступени, заполнение щели отбитой рудой с размерами кусков, равными 0,3-0,5 ширины щели, образование днища, измерение действующих в массиве напряжений и управление горным давлением при достижении напряжений критической величины путем частичного выпуска из щели отбитой руды, щель проходит за пределы отрабатываемого блока по простиранию и падению рудного тела на расстояние, определяемое линией пересечения плоскостей, расположенных под углом внутреннего трения пород друг к другу, одна из которых расположена в плоскости щели, а другая является касательной к границам отрабатываемого блока.

К недостатку способа относится то, что в случаях нарушения горной выработки, например ортов или обгонного полевого штрека, для людей нет выхода с висячего на лежачий бок рудного тела и обратно, требуется дорогостоящая аппаратура для замера горного давления и обслуживающий ее высококвалифицированный персонал.

Единым техническим результатом предлагаемого решения является повышение эффективности защиты и обеспечение безопасности работ на горизонтах и упрощение технологии работ в блоке.

Единый технический результат достигается тем, что в способе, включающем формирование по простиранию и падению рудного тела за пределом отрабатываемого блока, сужающегося на глубину вертикальной разгрузочной щели ступенчатой формы на расстояние, определяемое линией пересечения плоскостей, расположенных под углом внутреннего трения пород друг к другу, одна из которых является касательной к границам отрабатываемого блока, а другая расположена в плоскости щели, которая проходит за пределы отрабатываемого выработками блока по простиранию и падению рудного тела, заполнение щели отбитой рудой с размерами кусков, равными 0,3-0,5 ширины щели, образование днища блока, измерение действующих в массиве напряжений и управление горным давлением при достижении напряжений критической величины путем частичного выпуска из щели отбитой руды, разгрузочную щель формируют с расширяющимися боками под углом 2-5^o, боковые сопряженные пары бурят параллельно вертикальному боку разгрузочной щели шириной 0,2-0,25 м, а противоположные одиночные скважины бурят под углом 2-5^o параллельно второму боку разгрузочной щели, пересекаемые горные выработки соединяют искусственными патрубками через обрушенное пространство щели, при этом концы патрубков в горные выработки массива блока устанавливают на глубину 1-2 м и по величине смещения концов патрубков относительно контура горной выработки контролируют напряженное состояние массива в блоке.

На фиг.1 изображен разрез А-А рудного тела вкрест простирания месторождения, разгрузочная щель и патрубок крепи через разгрузочную щель; на фиг.2 - план (Б-Б) расположения щели в рудном теле с отработанными откаточными выработками; на фиг. 3 - план расположения буровой выработки с размещением устьев одиночных и парносопряженных скважин для формирования разгрузочной щели; на фиг.4 - продольный и поперечный разрез патрубка крепи.

Способ осуществляется следующим образом. При подготовке к выемке блока 1 месторождения 2 после проведения откаточных ортов 3 и 4 по горизонтам 5, 6 и 7 на глубину через 60 м выбирают наиболее устойчивые в массиве руды по вертикальным разрезам (данным рудничной разведки) и оформляют буровую выработку 8 и 9 с заходками 10 для установки станков HKP-100 м в контуре разгрузочной щели 11. Оформляют щель 11 по паспорту буровзрывных работ, в котором предусматривается одновременно образование щели с вертикальными боками (стенками) 12 парносопряженными 13 скважинными зарядами ВВ с последующим расширением щели 11 с одной из ее сторон наклонными одиночными 14 скважинными зарядами ВВ под утлом 2-5^o, пробуренные глубокие скважины с применением центраторов, установленных на штангах станков глубокого бурения скважин. Щель 11 удлиняют за пределы границы 15 блока 1 по простиранию месторождения и формируют сопряжения с откаточными ортами 3 и 4 и в глубину месторождения между откаточными ортами горизонтов 6 и 7 на расстояние не менее чем обеспечивающее снятие напряжений в блоке 1, возникающих при проявлении горного давления. При этом щель образуют ступенями: первоначально образуют нижележащую щель 11 между горизонтами 6 и 7 на оформленные в ряд воронки 16 для выпуска руды из щели, затем образуют щель 11 между буровыми выработками 8 и 9. Далее оформляют вышележащую часть щели 11 между буровой выработкой 8 и обрушенными породами над блоками путем бурения веерных скважин и их взрывания скважинными зарядами ВВ из ортов 3 и 4 горизонта 5. Щель формируют между горизонтами суженными ступенями под углом 2-5^o и заполняют крупными фракциями отбитой руды, образованными при формировании щели, в особенности одиночными 14 скважинными зарядами ВВ.

Параметры взрывания зарядов выбирают из условия образования полости и выпуска из нее мелкой фракции руды, которая в основном будет образовываться при взрываний парносопряженных 13 скважинных зарядов ВВ. В первую очередь образовывают отрезные восстающие 17 одним из способов, применяемых на руднике. Все скважины взрывают на полную глубину с замедлением в секции, например, первая ступень - две парносопряженные скважины 13 взрывают с нулевым замедлением (мгновенно), формируют узкую щель шириной 0,2-0,25 м с вертикальными боками, а во вторую ступень взрывают одну одиночную 14 скважину с замедлением 50 м/с, которая расширяет щель с одной стороны бок щели и превращает в щель с расходящимися боками.

Так цикл повторяется, но количество циклов с замедлением не ограничивается. При этом взрыве парносопряженных скважин с увеличенным зарядом ВВ в два раза формируется узкая щель с вертикальными боками, и вокруг этих зарядов ВВ значительно нарушается массив, а одиночные заряды ВВ скалывают массив в направлении нарушенного объема с более крупными размерами кусков руды, и в результате получаем относительно гладкостенное оформление щели, что позволяет более крупные куски руды от одиночного заряда ВВ разбросать и заклинить в сужающейся щели.

После заполнения щели устанавливают, например, железобетонный или металлический патрубок 18 с отверстиями для бурения скважин и просмотра через отверстия крепи патрубка разгрузочную щель 11. При этом патрубок представляет передвижную железобетонную крепь, ее изготовление производят, например, из деревянной наружной и внутренней опалубки крепи, то есть укладывают доски по контуру выработки, перекрывая разгрузочную щель, устанавливают металлические стержни арматуры и устанавливают внутреннюю опалубку крепи. Затем между опалубками укладывают бетон. Одна сторона опалубки фиксируется, вторая является подвижной по мере сближения боков щели во время возрастания напряжения массива.

В комплексе подготовки блока по принятой технологии формирования днища, подсечки блока и бурения взрывных скважин в буровом ряду скважин, параллельных боку 12 разгрузочной щели 11, бурят ряд веерных скважин 19 с ортов 3 и 4 горизонтов 5 и 6.

Во время испытательного срока подготовки блока к обрушению массива постоянно осуществляют контроль за напряженным состоянием горного давления в массиве путем установки датчиков регистрации сейсмоакустичеокой эмиссии и аппаратуры "Прогноз М". Данная аппаратура работает в автоматическом режиме регистрации акустических сигналов. Далее работы выполняют по принятой технологии ведения горных работ (Авт. свид. СССР 1731949). При этом делают отметки перемещения патрубков крепи относительно контура горной выработки, так как в данном случае для месторождения Таштагольского рудника наибольшие напряжения проявляются в горизонтальной плоскости между висячим и лежачим боками. Поэтому после убедительной проверки согласованности показателей аппаратуры "Прогноз М" и величины перемещения патрубков крепи относительно контура горной выработки, характеризующих возрастание напряжений сжатия в рудном массиве до критических значений, взрывают веерные скважины 19, пробуренные параллельно боку 12 разгрузочной щели 11, частично выпускают руду на доставочную выработку 3 горизонта 7 через воронки выпуска 16.

Этот показатель перемещения боков щели 11 относительно к патрубку 18 крепи при уменьшении щели, например, на половину, позволит принимать решения о дополнительном расширении щели взрыванием веера скважин 19 и сохранения защитной зоны участка, определяемой линией 20 пересечения плоскостей, расположенных под углом внутреннего трения пород друг к другу.

Применение предлагаемого способа по сравнению с прототипом позволит оперативно контролировать состояние напряженности массива, упростить подготовку в блоке, уменьшить давление сжатия и удалить вовремя из любого места горной выработки блока при полном контроле всех работающих в блоке.

Образование щели за пределами отрабатываемого блока позволяет создать безопасный по горному давлению объем массива блока в плоскостях между расходящимися плоскостями от торцов плоскости щели (независимо параллельными иди расходящимися боками по высоте щели под углом внутреннего трения пород при наличии дополнительных отличительных признаков: образование относительно гладкостенной разгрузочной щели, проще бурить веер скважин параллельно вертикальной плоскости бока (стенки) щели по сравнению проведения горной выработки параллельно щели и пробурить из нее наклонные скважины для расширения щели со сходящимися боками вниз под углом 2-5^o, сохранение горной выработки через пространство щели, крепь которой от величины передвижения концов патрубка относительно контура горной выработки является показателем состояния напряжения в массиве блока.