способ разработки мощных пластов полезных ископаемых

Формула изобретения

Способ разработки мощных пластов полезных ископаемых, включающий разделение пласта полезного ископаемого на слои, параллельные плоскости напластования пород, проведение подготовительных выработок и отработку слоев полезного ископаемого лавами с полным обрушением пород кровли в выработанном пространстве, отличающийся тем, что первым отрабатывают верхний слой, расположенный у кровли пласта, после завершения очистных работ в лаве верхнего слоя отрабатывают нижерасположенный слой лавой, перемещающейся в направлении, противоположном направлению подвигания лавы верхнего слоя, при этом мощность верхнего слоя принимают меньше предельной мощности слоя, при превышении которой происходят опасные динамические обрушения пород кровли в выработанном пространстве лавы верхнего слоя, а отработку нижерасположенного слоя начинают после стабилизации процесса сдвижений пород кровли, вызванного отработкой верхнего слоя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной разработке мощных пластов полезных ископаемых, главным образом соляных и угольных.

Известны способы разработки мощных пластов полезных ископаемых (А.С. Бурчаков, Н.К. Гринько, А.Б. Ковальчук "Технология подземной разработки пластовых месторождений полезных ископаемых". - М.: Недра, 1978 г., с. 118-122), включающие разделение пластов на слои, расположенные параллельно плоскости напластования пород, проведение участковых подготовительных выработок, оконтуривающих столбы полезного ископаемого, и одновременную отработку столбов в верхних и нижерасположенных (надрабатываемых) слоях лавами (длинными очистными забоями) с определенным опережением лав верхних слоев. Отработка лав при этом производится с полным обрушением пород кровли в выработанном пространстве. Недостатком данных способов является то, что в выработанном пространстве лав происходят опасные динамические обрушения больших масс пород основной кровли, приводящие к резкому повышению нагрузок на крепь, зажатию "нажестко" и деформированию секций механизированной крепи в лавах, вывалам пород в призабойное пространство лав и снижению безопасности горных работ.

Известны способы разработки мощных пластов полезных ископаемых, включающие разделение пластов на слои, параллельные плоскости напластования пород, проведение участковых подготовительных выработок и последовательную отработку слоев в нисходящем порядке лавами с полным обрушением пород кровли в выработанном пространстве (в кн. Нормативные и методические документы по ведению горных работ на Старобинском месторождении калийных солей. Издатель: Слуцкая типография. Республика Беларусь, 1995 г., с. 125-127; авт. свидетельство СССР 492661). Недостатком данных способов являются динамические обрушения пород кровли в выработанном пространстве, приводящие к вывалам пород кровли в призабойном пространстве лав, резкому повышению нагрузок на крепь лав и зажатию секций механизированной крепи "нажестко", невосполнимым потерям добычи и, в конечном итоге, к значительным экономическим ущербам.

Задачей заявляемого способа является повышение эффективности отработки мощных пластов полезных ископаемых (главным образом, соляных и угольных) за счет предотвращения опасных динамических обрушений больших масс пород основной кровли в выработанном пространстве лав, приводящих к зажатию и деформированию секций крепи в лавах, вывалам пород в призабойное пространство лав, невосполнимым потерям добычи и снижению безопасности горных работ.

Для решения данной задачи пласт полезного ископаемого делят на слои, расположенные параллельно плоскости напластования пород, проводят подготовительные выработки и отрабатывают слои полезного ископаемого лавами с полным обрушением пород кровли в выработанном пространстве. Заявляемый способ отличается от известных тем, что первым отрабатывают верхний слой, расположенный у кровли пласта. После завершения очистных работ в лаве верхнего слоя отрабатывают нижерасположенный слой лавой, перемещающейся в направлении, противоположном направлению подвигания лавы верхнего слоя. Причем мощность верхнего слоя принимают меньше предельной мощности слоя, при превышении которой происходят опасные динамические обрушения пород кровли в выработанном пространстве лав верхнего слоя, а отработку нижерасположенного слоя начинают после стабилизации процесса сдвижений пород кровли, вызванного отработкой верхнего слоя.

Реализация указанной выше совокупности признаков позволяет повысить эффективность отработки мощных пластов полезных ископаемых за счет предотвращения опасных динамических обрушений пород основной кровли в выработанном пространстве, приводящих к зажатию и деформированию секций крепи в лавах, вывалам пород в призабойное пространство лав, невосполнимым потерям добычи и снижению безопасности горных работ.

Сущность заявляемого способа поясняется схемами, представленными на фиг. 1 и фиг.2.

На фиг.1 приведена схема, иллюстрирующая характер деформирования и опускания пород кровли пласта при отработке верхнего слоя, на фиг.2 - схема, иллюстрирующая характер опускания и взаимодействия с крепью лавы блоков пород основной кровли при отработке нижерасположенного (надработанного) слоя.

На фиг.1 и фиг.2: m_п - мощность пласта полезного ископаемого; m_в - мощноcть верхнего слоя; m_н - мощность нижерасположенного слоя; 1 - лава, отрабатывающая верхний слой; 2 - лава, отрабатывающая нижерасположенный слой; 3 - механизированная крепь верхней лавы; 4 - механизированная крепь лавы, отрабатывающей нижерасположенный слой; 5 - обрушившиеся породы непосредственной кровли; h_ок - мощность пород основной кровли пласта; - угол между трещиной разлома, возникающей в основной кровле при отработке верхнего слоя, и плоскостью пласта; l_в - ширина призабойного пространства верхней лавы 1; l_н - ширина призабойного пространства лавы 2;

ABCD, MNKE, ZQLP - блоки пород основной кровли, образовавшиеся при отработке верхнего слоя; F₁ - сила трения, действующая на поддерживаемый крепью блок пород основной кровли ABCD при отработке нижерасположенного слоя; F₂ - сила трения, возникающая между блоками ZQLP и ABCD.

Обоснование существенности отличительных признаков.

Первым отрабатывают верхний слой, расположенный у кровли пласта,.... при этом мощность верхнего слоя принимают меньше предельной мощности слоя, при превышении которой происходят опасные динамические обрушения пород кровли в выработанном пространстве лав верхнего слоя (фиг.1). При мощности верхнего слоя, меньшей предельной мощности слоя в подрабатываемом массиве между трещинами разлома образуются блоки (ZQLP, ABCD, NMKE...) из совместно деформируемых слоев основной кровли. Силы распора, возникающие между блоками основной кровли в процессе их опускания и разворота, приводят к образованию над призабойным пространством верхних лав устойчивых арочных систем из породных блоков основной кровли, что исключает опасные динамические обрушения больших масс пород кровли в выработанном пространстве верхних лав.

Отрабатывают нижерасположенный слой лавой, перемещающейся в направлении, противоположном направлению подвигания лавы верхнего слоя (фиг.2). В период отработки нижерасположенного слоя блок пород основной кровли ABCD, находящийся над призабойным пространством лавы 2, лежит на наклонной плоскости КЕ. Угол между плоскостью КЕ и плоскостью пласта в среднем составляет 55-65^o. Опусканиям блока ABCD над призабойным пространством лавы 2 препятствует сила трения F₁, направленная вдоль наклонной плоскости КЕ, а также сила трения F₂, возникающая между блоками ZQLP и ABCD вдоль поверхности ZQ. Таким образом, отработка нижерасположенного слоя лавой, перемещающейся в направлении, противоположном направлению подвигания лавы верхнего слоя, позволяет уменьшить величины нагрузок, передаваемых на крепь лавы 2 породами основной кровли, и исключить динамические обрушения пород кровли в выработанном пространстве лавы 2.

После завершения очистных работ в лаве верхнего слоя отрабатывают нижерасположенный слой, при этом отработку нижерасположенного слоя начинают после стабилизации процесса сдвижения пород кровли, вызванного отработкой верхнего слоя. Выполнение данного условия позволяет исключить отрицательное влияние процесса сдвижения подработанного массива, вызванного отработкой верхнего слоя, на устойчивость блоков пород основной кровли в лаве 2 нижерасположенного слоя, т.е. в конечном итоге уменьшить вероятность динамических обрушений пород кровли при отработке нижерасположенного слоя.

Заявляемый способ целесообразно использовать при разработке подземным способом соляных и угольных пластов мощностью более 3,5-4,5 м. Получение экономического эффекта при реализации данного способа связано: со снижением потерь добычи, обусловленных простоями лав при ликвидации последствий динамических обрушений пород основной кровли и заменой деформированной крепи; со снижением затрат на ремонт крепи очистных забоев. Кроме того, при использовании заявляемого способа повышается безопасность труда горнорабочих.

Численные значения параметров, необходимых для реализации заявляемого способа, а именно предельная мощность верхнего слоя и продолжительность промежутка времени, в течение которого происходит стабилизация процесса сдвижений пород кровли, вызванного отработкой верхнего слоя, определяют путем шахтных или аналитических исследований с учетом конкретных горно-геологических условий отработки пластов.

Пример конкретного использования заявляемого способа при отработке Третьего калийного пласта на рудниках ПО "Беларуськалий".

Третий калийный пласт мощностью 4,5 м отрабатывают на глубинах 600-800 м от поверхности. Угол падения пласта - 1-3^o. Время стабилизации процесса деформирования пород кровли, вызванного отработкой верхнего слоя, в рассматриваемых условиях составляет 40-50 суток. Предельная мощность верхнего слоя, при превышении которой происходят опасные динамические обрушения пород основной кровли в выработанном пространстве лав верхнего слоя, составляет 1,5-1,6 м.

Для отработки Третий калийный пласт делят на выемочные участки. В пределах выемочного участка пласт делят на два наклонных слоя мощностью 1,3 и 2,3 м. Деление пласта на наклонные слои производят плоскостями, параллельными плоскостям напластования пород. Для подготовки участков и слоев проходят участковые подготовительные выработки. Отработку слоев производят в следующей последовательности. Вначале лавой длиной 150-180 м отрабатывают верхний слой мощностью 1,3 м. После завершения очистных работ в лаве верхнего слоя и стабилизации процесса деформирования пород кровли, вызванного отработкой верхнего слоя и демонтажом механизированной крепи в верхней лаве (т.е. через 40-50 суток), начинают отработку лавой нижерасположенного слоя мощностью 2,3 м. При этом лава нижерасположенного слоя перемещается в направлении, противоположном направлению подвигания лавы верхнего слоя.

Отработку верхнего и нижерасположенного слоев производят очистными механизированными комплексами с полным обрушением пород кровли в выработанном пространстве,

Использование заявляемого способа в условиях рудников ПО "Беларуськалий" позволяет практически полностью исключить опасные динамические обрушения пород основной кровли в выработанном пространстве лав нижнего и верхнего слоев, сопровождающиеся зажатием секций механизированных крепей нажестко и вывалами пород кровли в призабойное пространство лав.