способ разработки мощных крутопадающих рудных тел

Формула изобретения

Способ разработки мощных крутопадающих рудных тел, включающий разделение рудного тела на слои, отрабатываемые в нисходящем порядке, выемку слоев заходками и закладку выработанного пространства твердеющими материалами, отличающийся тем, что из заходок, проходимых вприсечку к закладочному массиву, визуальными или инструментальными наблюдениями определяют участки расположения полостей над закладочным массивом и размеры этих полостей, производят подачу твердеющих материалов к местам дозакладки по присечным заходкам с использованием, например, бетононасосов, оснащенных системой регулировки подачи закладочной смеси, при этом дозакладку полостей ведут в отступающем порядке в направлении от их границ, наиболее удаленных от присечных заходок, к присечным заходкам.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при подземной разработке крутопадающих месторождений, представленных неустойчивыми рудами, под толщей обводненных отложений, подработка которых сопряжена с опасностью прорыва подземных вод в горные выработки рудника.

Известен способ разработки крутопадающих рудных тел (Патент РФ № 2209972, опубл. 10.08.2003, Е21С 41/22). Данный способ включает разделение рудного тела на слои, отрабатываемые в нисходящем порядке, выемку слоев очистными заходками и закладку выработанного пространства твердеющими материалами.

Недостатком данного способа при отработке мощных крутопадающих месторождений, представленных неустойчивыми рудами, является то, что при его реализации не обеспечивается полная закладка выработанного пространства, следствием чего являются самопроизвольные обрушения кровли в заходках, опасная степень разрушения неоднократно подрабатываемого массива и большая вероятность прорывов подземных вод в горные выработки.

Известен способ разработки крутопадающих месторождений руд (Чесноков Н.И., Петросов А.А., Шевченко Б.Ф. Системы разработки месторождений урана с твердеющей закладкой. Атомиздат, 1975, с.142-144), принятый за прототип. Способ включает разделение рудного тела на слои, отрабатываемые в нисходящем порядке, выемку слоев заходками и закладку выработанного пространства твердеющими материалами.

Для производства закладочных работ выше первого слоя по рудному телу или пустым породам проходят закладочные штреки, а в закладочном массиве открепляют восстающие, предназначенные для перепуска закладочного материала от закладочных штреков к заходкам.

Недостатками данного способа при отработке мощных крутопадающих месторождений с неустойчивыми легко обрушающимися рудами являются трудность обеспечения полной закладки выработанного пространства без оставления полостей (пустот) между закладочным массивом и кровлей отрабатываемого слоя; большая протяженность специальных закладочных выработок (закладочные восстающие, закладочные штреки и др.), которые проходят и поддерживают в неоднократно подрабатываемом массиве; повышенная опасность горных работ, связанная с обрушениями кровли в заходках и прорывами подземных вод в горные выработки рудника.

При осуществлении известного способа (прототипа) между кровлей заходок и закладочным массивом, созданным в заходках, как правило, имеются полости, высота которых измеряется десятками сантиметров. Наличие этих полостей обусловлено как техническими трудностями полного заполнения заходок закладочным материалом, так и «усадкой» закладочного массива до его затвердевания (цементации) под действием силы тяжести. Величина усадки достигает 3,5% и более высоты закладочного массива.

Наличие полостей между кровлей заходок и закладочным массивом при использовании известного способа приводит:

- к неоднократным опусканиям подрабатываемого закладочного и вышерасположенного горного массива, увеличению степени его разрушения и, как следствие этого, возрастанию вероятности прорывов воды в подземные выработки из вышерасположенных водоносных горизонтов;

- к возникновению зон повышенного горного давления над краевыми частями рудного массива, следствием чего являются обрушения кровли и боков заходок.

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение полноты закладки выработанного пространства, уменьшение объемов проходки вспомогательных подготовительных выработок и повышение безопасности горных работ при отработке месторождений неустойчивых легко обрушающихся руд под водоносными горизонтами.

Технический результат достигается тем, что в способе разработки мощных крутопадающих рудных тел производят разделение рудного тела на слои, отрабатываемые в нисходящем порядке, выемку слоев осуществляют заходками, выработанное пространство закладывают твердеющими материалами.

Согласно изобретению из заходок, проходимых вприсечку к закладочному массиву (присечные заходки), визуальными или инструментальными наблюдениями определяют участки (места) расположения полостей над закладочным массивом и размеры этих полостей, производят подачу твердеющих материалов к местам дозакладки по присечным заходкам с использованием, например, бетононасосов, оснащенных системой регулировки подачи закладочной смеси, при этом дозакладку полостей ведут в отступающем порядке в направлении от границ полостей, наиболее удаленных от присечных заходок, к присечным заходкам.

Способ разработки мощных крутопадающих рудных тел поясняется чертежами, представленными на фиг.1 и 2.

На фиг.1 приведена принципиальная схема дозакладки полостей между закладочным массивом и кровлей отрабатываемого слоя с подачей твердеющих материалов к местам дозакладки по присечным заходкам с использованием, например, бетононасосов.

На фиг.2 приведена схема, поясняющая последовательность заполнения твердеющими материалами полости, расположенной между закладочным массивом и кровлей отрабатываемого слоя.

На фиг.1 и 2 обозначено: 1 - рудный массив; 2 - закладочный массив; 3 - верхняк рамной крепи присечной заходки; 4 - стойки рамной крепи присечной заходки; 5 - бетононасос; 6 - закладочный трубопровод; 7 - граница полости, расположенной над закладочным массивом; h - мощность слоя; а₁, а₂, а₃ и а₄ - соответственно, ширина первой, второй, третьей и четвертой заходки.

Способ осуществляют следующим образом. Рудное тело делят на слои мощностью h, которые отрабатывают в нисходящем порядке (фиг.1). Выемку руды в пределах слоев производят заходками. Выработанное пространство закладывают твердеющими материалами. Из заходок, проходимых вприсечку к закладочному массиву 2, визуальными или инструментальными наблюдениями определяют участки расположения полостей над закладочным массивом и размеры этих полостей. Так, при проведении присечной заходки шириной а₂ (фиг.1) определяют места расположения полостей и размеры этих полостей над закладочным массивом, созданным в заходке шириной а₁. При проведении присечной заходки шириной а₃ определяют места расположения полостей и размеры этих полостей над закладочным массивом, созданным в ранее пройденных заходках шириной a₁ и а₂ . При проведении присечной заходки шириной а₄ определяют места расположения полостей и размеры этих полостей над закладочным массивом, созданным в ранее пройденных заходках шириной а ₂ и а₃.

Информация о местах расположения полостей над закладочным массивом и их размерах, полученная в результате визуальных или инструментальных наблюдений из заходок, проходимых вприсечку к закладочному массиву, является наиболее достоверной. Эта информация позволяет значительно повысить (по сравнению с известными способами) полноту закладки выработанного пространства, что достигается за счет правильного определения для каждой конкретной полости необходимых объемов закладочной смеси и знания мест расположения высших точек закладываемых пустот. При реализации заявляемого способа обеспечивается также возможность осуществления из присечных заходок постоянного визуального контроля за процессом дозакладки, что также повышает ее полноту.

Производят подачу твердеющих материалов к местам дозакладки по присечным заходкам с использованием, например, бетононасосов 5, оснащенных системой регулировки подачи закладочной смеси. Использование таких бетононасосов позволяет полностью закладывать полости практически любых размеров и конфигурации. Бетононасосы могут устанавливаться как в присечных заходках, так и за их пределами.

Дозакладку полостей ведут в отступающем порядке (фиг.2) в направлении от границ этих полостей, наиболее удаленных от присечных заходок, к присечным заходкам. В рассматриваемом примере в начале дозакладку полости производят при нахождении выходного отверстия закладочного трубопровода в положении «б», затем «с» и «е». Такая последовательность закладочных работ позволяет повысить полноту закладки полостей за счет исключения возникновения в закладочном массиве воздушных пробок, а также возможности осуществления визуального контроля за процессом дозакладки с учетом фактических углов растекания закладочного материала.

Принимая во внимание то обстоятельство, что к моменту начала работ по дозакладке происходит практически полная усадка основного закладочного массива под действием собственного веса, использование заявляемого способа позволяет исключить возможность появления в дальнейшем пустот между закладочным массивом и кровлей слоев, связанных с усадкой закладочного массива.

Заявляемый способ целесообразно использовать при разработке крутопадающих месторождений, с неустойчивыми рудами и вмещающими породами. Наибольший эффект от использования заявляемого способа достигается при разработке крутопадающих месторождений, представленных мощными залежами неустойчивых руд под толщей обводненных отложений пород, подработка которых сопряжена с опасностью прорыва подземных вод в горные выработки рудника. К числу таких месторождений относится, например, Яковлевское месторождение богатых железных руд.

Использование заявляемого способа позволяет: производить практически полную закладку выработанного пространства, что исключает опасные разрушения подрабатываемого горного массива и прорывы воды из водоносных горизонтов в подземные горные выработки; уменьшить частоту вывалов кровли и боков заходок; использовать в заходках крепи более дешевых и простых конструкций.