способ закладки выработанного пространства камер при подземной разработке месторождений полезных ископаемых

Формула изобретения

Способ закладки выработанного пространства камер при подземной разработке месторождений полезных ископаемых, включающий проходку с поверхности до залежи восстающего и перепуск закладочного материала по восстающему в выработанное пространство залежи, отличающийся тем, что закладочный восстающий для локализации выработанного пространства камер предохранительной подушкой, образуемой из закладочного материала, проходят в лежачем боку залежи под углом наклона к поверхности, превышающим угол внутреннего трения закладочного материала, причем устье закладочного восстающего располагают вне зоны сдвижения пород лежачего бока, а нижнюю часть закладочного восстающего проходят с разветвлением на 2-3 рукава, в зависимости от мощности залежи, для контроля за состоянием выработанного пространства и закладочного материала проходят контрольно-смотровые выработки, при этом контрольно-смотровые выработки проходят вне зоны влияния зоны выработанного пространства, а минимально необходимую толщину предохранительной подушки в выработанном пространстве определяют из соотношения



где К_ЗМ - коэффициент пропорциональности толщины предохранительной подушки высоте падения кусков закладочного материала;

Н_в.п - высота выработанного пространства, м.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке слепых залежей полезного ископаемого.

Известен способ возведения закладочного массива (см. ас. 370346, Е 21 F 15/00) с подачей материала через скважины, при котором в нижней части скважины создают воронки, а после чего производят досылку закладочного материала, причем угол наклона образующей воронки соответствует углу естественного откоса подаваемого закладочного материала.

Недостатком данного способа является заштыбовка глубоких скважин при перепуске закладочного материала по скважинам, что не дает возможности использовать данный способ для слепых залежей, расположенных глубоко от дневной поверхности. К тому же глубокие скважины при длительной эксплуатации деформируются, осыпаются, что также затрудняет использование данного способа для глубоко залегающих слепых залежей при подземной разработке месторождений полезных ископаемых.

Известен также способ защиты подрабатываемых сооружений и природных объектов (см. а.с. 594339, Е 21 F 15/00), заключающийся в приготовлении закладочного материала, проходке скважин и подаче по ним закладочного материала в подземные пустоты, при котором скважины проходят до полостей расслоения пород, возникающих над выработанным пространством за пределами зоны водопроводящих трещин.

Данный способ можно использовать только для неглубоко залегающих залежей, так как перепуск закладки через скважины при глубоких скважинах сопровождается запрессовкой скважин, глубоких скважин в трещиноватых массивах, также склонных к деформациям.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ закладки выработанного пространства камер при подземной разработке месторождений полезных ископаемых (см. Закладочное хозяйство шахт и рудников. - М.: Недра, 1978, с. 60-61, рис. 1-16), включающий проходку с поверхности до залежи восстающего и перепуск закладочного материала по восстающему в выработанное пространство залежи.

Недостатком данного способа является несоответствие ведения горных работ правилам техники безопасности.

Единый технический результат предлагаемого технического решения - снижение трудоемкости и повышение безопасности работ.

Единый технический результат достигается тем, что в известном способе закладки выработанного пространства камер при подземной разработке месторождений полезных ископаемых, включающем проходку с поверхности до залежи восстающего и перепуск закладочного материала по восстающему в выработанное пространство залежи, в котором закладочный восстающий для локализации выработанного пространства камер предохранительной подушкой, образуемой из закладочного материала, проходят в лежачем боку залежи под углом наклона к поверхности, превышающим угол внутреннего трения закладочного материала, причем устье закладочного восстающего располагают вне зоны сдвижения пород лежачего бока, а нижнюю часть закладочного восстающего проходят с разветвлением на 2-3 рукава в зависимости от мощности залежи, для контроля за состоянием выработанного пространства и закладочного материала проходят контрольно-смотровые выработки, при этом контрольно-смотровые выработки проходят вне зоны влияния зоны выработанного пространства, а минимально необходимую толщину предохранительной подушки в выработанном пространстве определяют из соотношения:



где К_ЗМ - коэффициент пропорциональности толщины предохранительной подушки высоте падения кусков закладочного материала; Н_в.п - высота выработанного пространства, м.

Размещение закладочного восстающего в лежачем боку залежи под углом наклона к поверхности, превышающим угол внутреннего трения закладочного материала, обеспечивает беспрепятственное продвижение закладочного материала от устья восстающего до его нижней части. Движущийся закладочный материал по такому восстающему не образуют сводов равновесия, которые необходимо разрушать дополнительными техническими средствами.

Размещение устья закладочного восстающего вне зоны сдвижения пород лежачего бока обеспечивает надежную устойчивость устья восстающего и безопасную доставку и загрузку закладочного материала в восстающий.

Разветвление нижней части закладочного восстающего на 2-3 рукава в зависимости от мощности залежи обеспечивает надежную доставку закладочного материала по всей площади выработанного пространства, что способствует повышению безопасности горных работ.

Проходка контрольно-смотровых выработок вне зоны влияния выработанного пространства обеспечивает контроль за состоянием массива при отработке слепых залежей с целью обеспечения безопасности подземных горных работ, а также людей, сооружений и объектов, находящихся в зоне возможного вредного влияния горных работ на поверхности. Из контрольно-смотровых выработок производится оценка геометрических параметров фактически образованных пустот, контроль толщины предохранительной подушки, определение геомеханических процессов, происходящих в налегающих породах и вмещающем массиве, оценка их состояния и развития на основе имеющихся критериев и аналитических расчетов.

При образовании предохранительной подушки минимально необходимая толщина определяется по вышеприведенной формуле, а коэффициент К_ЗМ устанавливается по формуле:

К_ЗМ=К₁К₂К₃К₄,

где К₁, К₂ и К₃ - коэффициенты, учитывающие аэродинамическое сопротивление соответственно предохранительной подушки, поступающего закладочного материала и горных выработок; К₄ - коэффициент, учитывающий степень изолированности выработанного пространства.

Высота образующейся минимальной предохранительной подушки, определенная по данной формуле, обеспечивает аэродинамическое сопротивление, при котором скорость и перепад давления воздуха в действующих горных выработках в случае самообрушения налегающих пород не достигают опасных величин (для человека безопасно перепад давления до 0,2 кг/см², скорость движения воздуха до 15 м/с).

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан вертикальный разрез по залежи; на фиг.2 - план поверхности с проекцией залежи.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом: над залежью полезного ископаемого 1 в породах лежащего бока 2 одновременно с проходкой выработок для ее отработки 3 проходят до дневной поверхности под углом наклона , находящимся в интервале углов, на несколько градусов (например, 5...10) меньше угла сдвижения пород лежащего бока и на определенное количество градусов (например, 4. . . 7) больше угла статического трения закладочного материала , закладочный восстающий 4, при этом устье закладочного восстающего на поверхности располагают вне зоны сдвижения пород лежащего бока 5. В нижней части восстающей 4 разветвляют на 2-3 рукава в зависимости от размеров выработанного пространства для обеспечения надежной доставки закладочного материала по всей площади. После чего отрабатывают залежь полезного ископаемого 1 и производят самотечную закладку выработанного пространства 6, при этом закладочный материал 7 подается в выработанное пространство 6 через закладочный восстающий 4. Угол наклона закладочного восстающего 4 выбирается с учетом физико-механических свойств рудной залежи вмещающих пород и глубины залегания слепой залежи полезного ископаемого в интервале углов, на 5...10^o меньших угла сдвижения пород лежачего бока для расположения устья закладочного восстающего на поверхности вне зоны сдвижения пород лежащего бока, включая предохранительную берму, и на 4. ..7^o больших угла статического трения закладочного материала для обеспечения самотечного перепуска закладочного материала в выработанное пространство. Для контроля за состоянием выработанного пространства 6 и закладочного материала 7 вне зоны влияния выработанного пространства проходят контрольно-смотровые горные выработки 8. Углы сдвижения пород лежащего бока определяются для конкретных горно-геологических условий и составляют, например, для железорудных месторождений Горной Шории 50. ..65^o. Величина предохранительной бермы принимается в соответствии с категорией охраны, к которой относится закладочный восстающий, равной 5 м.

Заполнение выработанного пространства 6 закладкой осуществляют на высоту, определенную из расчета.

Предлагаемый способ закладки выработанного пространства камер при подземной разработке месторождений полезных ископаемых прошел апробацию на Шерегешской шахте (п. Шерегеш, Кемеровской области) при отработке слепых рудных залежей участка "Новый Шерегеш" Шерегешевского железорудного месторождения. Расчет минимально необходимой толщины предохранительной подушки 9 при отработке слепых рудных тел на Шерегешской шахте был произведен следующим образом:

- проведенный согласно расчету устойчивости налегающих пород над слепым рудным телом показал, что в процессе разработки участка "Новый Шерегеш" на определенной глубине возможно самообрушение налегающих пород в объеме свода естественного равновесия;

- высота первого и последующих отрабатываемых этажей составляет 70 м, в то числе высота днища блока 15 м, площадь блока 2700 м², выработанное пространство изолировано, сечение закладочного восстающего 3 м.

Определяем коэффициент К₁, учитывающий аэродинамическое сопротивление пород предохранительной подушки по формуле:



где d_cp - диаметр среднего куска пород (равный 0,2 м) закладочного материала; f - крепость пород закладочного материала по М.М. Протодьяконову, составляющая на Шерегешской шахте f=14.

Значение коэффициента K₂, учитывающего аэродинамическое сопротивление пород закладочного материала, зависит от параметров выработанного пространства и характера самообрушения пород. Для отрабатываемой залежи Шерегешской шахты выработанное пространство с предельно устойчивым состоянием обнажения коэффициент K₂ составил:

К₂=0,36-0,0004 Н_в.п,

где Н_в.п - для первого этажа составил 70 м, для второго этажа 140 м и т. д

К₂=0,36-0,000470=03.

Коэффициент К₃, учитывающий аэродинамическое сопротивление горных выработок, определялся по формуле:



где S_бл - площадь блока, м²; n - число выпускных выработок в блоке; S - площадь выпускных выработок, м²; а - коэффициент, учитывающий характер самообрушения выработанного пространства (в данном случае а=1 с учетом частичного самообрушения пород выемочного пространства).

Коэффициент К₄, учитывающий изолированность выработанного пространства залежи участка "Новый Шерегеш", принят равным 1,0, так как выработанное пространство изолировано.

Соответственно минимально необходимая толщина предохранительной подушки для участка "Новый Шерегеш" после определения коэффициента пропорциональности (К_ЗМ):

К_ЗМ=0,3+0,3+1,3+1,0=2,9

толщина предохранительной подушки для первого этажа составила:



Последующие расчеты для остальных этажей отрабатываемой залежи проведены согласно представленных формул.

С закладкой по предлагаемому способу извлечено 12,0 млн. т сырой руды, снижение трудоемкости извлечения тонны руды уменьшилось на 30%, по безопасности работ претензий со стороны органов Госгортехнадзора России не было. Экономический эффект от внедрения предлагаемого способа по Шерегешской шахте составил свыше 3,0 млн. рублей.