способ подземной разработки пластов полезных ископаемых

Формула изобретения

Способ подземной разработки пластов полезных ископаемых, включающий разделение пласта полезного ископаемого на столбы, подготовку столбов парными подготовительными выработками с оставлением между ними целиков полезного ископаемого, проведение между парными подготовительными выработками вспомогательных выработок, отработку столбов лавами с использованием очистных механизированных комплексов, погашение за лавой в процессе отработки столба подготовительной выработки, прилегающей к отрабатываемому столбу, и повторное использование второй подготовительной выработки, отличающийся тем, что столбы располагают вдоль геологических нарушений, подготовительную выработку, погашаемую при отработке столба, и подготовительную выработку, предназначенную для повторного использования, проходят с противоположных сторон от геологического нарушения за пределами зон повышенной интенсивности трещин, возникающих вблизи геологического нарушения, при этом при отработке пластов полезных ископаемых на участках с геологическими нарушениями типа сбросов подготовительную выработку, предназначенную для повторного использования, проходят в висячем крыле сброса, а при отработке пластов полезных ископаемых на участках с дизъюнктивными геологическими нарушениями типа взбросов подготовительную выработку, предназначенную для повторного использования, проходят в лежачем крыле взброса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при подземной разработке пологих пластов полезных ископаемых, главным образом угольных и соляных, на участках с дизъюнктивными (разрывными) геологическими нарушениями.

Известны способы подземной разработки пластов полезных ископаемых (Б.Ф.Братченко, М.И.Устинов, Л.Н.Гапановичи др. Способы вскрытия, подготовки и системы разработки шахтных полей. - М.: Недра, 1985, с.85 и с.99), включающие разделение пласта на столбы полезного ископаемого, подготовку столбов полезного ископаемого одиночными подготовительными выработками, отработку столбов, полезного ископаемого лавами с использованием очистных механизированных комплексов.

Недостатками данных способов являются сложность проветривания одиночных подготовительных выработок в период их проходки, значительные затраты на поддержание подготовительных выработок и монтажно-демонтажные работы в лавах, при отработке газоносных мощных пластов полезных ископаемых на участках с дизъюнктивными геологическими нарушениями типа взбросов и сбросов.

Известен способ подземной разработки пластов полезных ископаемых (А.С.Бурчаков, Н.К.Гринько, А.Б.Ковальчук. Технология подземной разработки пластовых месторождений полезных ископаемых. М.: Недра, 1978, с.93-94 и с.91), принятый в качестве прототипа, включающий разделение пласта полезного ископаемого на столбы, подготовку столбов парными подготовительными выработками с оставлением между ними целиков полезного ископаемого, проведение между парными подготовительными выработками вспомогательных выработок, отработку столбов полезного ископаемого лавами с использованием очистных механизированных комплексов, погашение за лавой в процессе отработки столба подготовительной выработки, прилегающей к отрабатываемому столбу, и повторное использование второй подготовительной выработки.

Недостатками данного способа являются большие эксплуатационные потери полезного ископаемого, значительные затраты на поддержание подготовительных выработок и монтажно-демонтажные работы в лавах при отработке мощных газоносных пластов на участках с не переходимыми механизированным комплексом дизъюнктивными геологическими нарушениями типа взбросов и сбросов.

При использовании известного способа (прототипа) между парными подготовительными выработками оставляют целики полезного ископаемого шириной более 5-6 вынимаемой мощности пласта. Эксплуатационные потери в этих целиках достигают 20% и более балансовых запасов выемочного участка. Подготовительные выработки испытывают отрицательное влияние опорного давления, формирующегося как впереди лавы, так и у краевых частей массива полезного ископаемого, следствием чего являются значительные затраты на их поддержание. Большие затраты на монтажно-демонтажные работы в лавах связаны с необходимостью демонтажа очистного оборудования при подходе лав к не переходимым механизированным комплексом геологическим нарушениям, проведением разрезной печи за геологическим нарушением и монтажом очистного оборудования.

Техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого способа, является устранение указанных недостатков известного способа-прототипа, а именно снижение эксплуатационных потерь полезного ископаемого, затрат на поддержание подготовительных выработок и монтажно-демонтажные работы в лавах при отработке мощных газоносных пластов на участках с непереходимыми механизированным комплексом дизъюнктивными геологическими нарушениями типа взбросов и сбросов.

Технический результат достигается тем, что заявляемый способ подземной разработки пластов полезных ископаемых на участках с дизъюнктивными геологическими нарушениями типа взбросов и сбросов включает разделение пласта полезного ископаемого на столбы, подготовку столбов парными подготовительными выработками с оставлением между ними целиков полезного ископаемого, проведение между парными подготовительными выработками вспомогательных выработок, отработку столбов лавами с использованием очистных механизированных комплексов, погашение за лавой в процессе отработки столба подготовительной выработки, прилегающей к отрабатываемому столбу, и повторное использование второй подготовительной выработки.

Согласно изобретению столбы располагают вдоль геологических нарушений. Подготовительную выработку, погашаемую при отработке столба, и подготовительную выработку, предназначенную для повторного использования, проходят с противоположных сторон от геологического нарушения за пределами зон повышенной интенсивности трещин, возникающих вблизи геологического нарушения. При этом при отработке пластов полезных ископаемых на участках с геологическими нарушениями типа сбросов подготовительную выработку, предназначенную для повторного использования, проходят в висячем крыле сброса, а при отработке пластов полезных ископаемых на участках с дизъюнктивными геологическими нарушениями типа взбросов подготовительную выработку, предназначенную для повторного использования, проходят в лежачем крыле взброса.

Сущность заявляемого способа поясняется чертежами.

На фиг.1 приведена принципиальная схема участка пласта (вид в плане) с дизъюнктивными геологическими нарушениями.

На фиг.2 приведена схема, иллюстрирующая трещины, возникающие в зонах влияния геологических нарушений типа взбросов и места расположения парных подготовительных выработок относительно геологического нарушения.

На фиг.3 приведена принципиальная схема геологического нарушения типа взбросов. На фиг.4 приведена принципиальная схема геологических нарушений типа сбросов.

Взброс и сброс - формы разрывных тектонических смещений горных пород. При взбросе движение пород происходит по трещине, наклонной к горизонту. Породы висячего крыла (бока) при этом, лежащие выше поверхности смещения, передвигаются по ней вверх. (Горное дело. Словарь. Издат. «Недра» 1974 г., с.55).

При сбросе породы висячего крыла (бока), лежащие выше поверхности смещения, передвигаются вниз.

На фиг.1 и 2: ABCD - отрабатываемый столб полезного ископаемого; QWER - подготавливаемый к отработке столб полезного ископаемого; 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6 - парные подготовительные выработки; 4 - подготовительная выработка, погашаемая за лавой в процессе отработки столба ABCD; 3 - подготовительная выработка, предназначенная для повторного использования при отработке столба QWER; 7 - вспомогательная подготовительная выработка; 8 и 9 - основные подготовительные выработки (например, магистральные штреки при погоризонтном способе подготовки шахтного поля); 10 - дизъюнктивные геологические нарушения типа сбросов или взбросов; 11 - трещины, возникающие в зонах влияния геологических нарушений; l₁ и l ₂ - ширина зон повышенной интенсивности трещин 11, возникающих вблизи геологического нарушения; KL - линия простирания пласта; MN - линия падения пласта.

Способ осуществляют следующим образом.

Пласт полезного ископаемого в пределах отрабатываемого участка делят на столбы. Подготовку столбов полезного ископаемого к отработке осуществляют путем проведения парных подготовительных выработок: 3 и 4 - при подготовке столба ABCD; 5 и 6 - при подготовке столба QWER. Между парными подготовительными выработками оставляют целики полезного ископаемого шириной Z, по которым проходят вспомогательные выработки 7. Столбы полезного ископаемого отрабатывают лавами, оборудованными очистными механизированными комплексами.

Столбы (продольные оси столбов) располагают вдоль геологических нарушений 10. Как следует из практического опыта подземной разработки угольных месторождений геологические нарушения типа сбросов и взбросов расположены в большинстве случаев под острым углом к линии падения пласта (фиг.1).

Подготовительные выработки 1, 3 и 4, а также вспомогательные выработки 7 предназначены для обеспечения работы лавы, отрабатывающей столб ABCD (вентиляция, транспорт, перемещение людей и др.).

При отработке столба ABCD одну из парных подготовительных выработок (4) погашают, подготовительная выработка 3 сохраняется для повторного использования при отработке столба QWER.

Парные подготовительные выработки проходят с противоположных сторон (фиг.1 и 2) от геологического нарушения 10 за пределами зон l₁ и l ₂ повышенной интенсивности трещин 11, возникающих вблизи геологического нарушения.

При отработке пластов полезных ископаемых на участках с геологическими нарушениями типа взбросов (фиг.3) подготовительную выработку, предназначенную для повторного использования, проходят в лежачем крыле взброса.

При отработке пластов полезных ископаемых на участках с геологическими нарушениями типа сбросов (фиг.4) повторно используемую подготовительную выработку проходят в висячем крыле сброса.

Проведение вспомогательных выработок 7 обеспечивает возможность транспортных и вентиляционных связей между парными подготовительными выработками.

Обоснование существенности отличительных признаков.

«Столбы располагают вдоль геологических нарушений...».

Выполнение данного условия позволяет снизить затраты на монтажно-демонтажные работы в лавах, что связано с уменьшением числа перемонтажей лав.

«Подготовительную выработку, погашаемую при отработке столба, и подготовительную выработку, предназначенную для повторного использования, проходят с противоположных сторон от геологического нарушения за пределами зон повышенной интенсивности трещин, возникающих вблизи геологического нарушения...».

Реализация данных существенных признаков позволяет уменьшить эксплуатационные потери полезного ископаемого в целиках, оставляемых между парными подготовительными выработками и снизить затраты на поддержание подготовительных выработок. Уменьшение эксплуатационных потерь полезного ископаемого при использовании заявляемого способа (по сравнению с известным способом-прототипом) объясняется тем, что отработка запасов полезного ископаемого на участках пласта, непосредственно прилегающих к дизъюнктивным геологическим нарушениям типа сбросов и взбросов, как правило, не производится. Эти запасы относят к забалансовым.

«При отработке пластов полезных ископаемых на участках с геологическими нарушениями типа сбросов подготовительную выработку, предназначенную для повторного использования, проходят в висячем крыле сброса, а при отработке пластов полезных ископаемых на участках с дизъюнктивными геологическими нарушениями типа взбросов подготовительную выработку, предназначенную для повторного использования, проходят в лежачем крыле взброса...».

Указанное расположение подготовительной выработки, предназначенной для повторного использования, позволяет минимизировать затраты на поддержание парных подготовительных выработок в течение всего срока их службы. Подготовительная выработка, предназначенная для повторного использования, имеет примерно в два раза более длительный срок службы, чем подготовительная выработка, погашаемая при отработке столба: данная выработка последовательно используется при отработке двух столбов. Например, выработку 3 вначале используют при отработке столба ABCD, затем при отработке столба QWER. В течение длительного времени выработка, предназначенная для повторного использования, поддерживается вблизи краевой части массива полезного ископаемого, формирующейся при отработке столба. Указанные обстоятельства предопределяют более высокие требования к условиям поддержания подготовительной выработки, предназначенной для повторного использования, по сравнению с подготовительной выработкой, погашаемой при отработке столба.

Достижение положительного эффекта объясняется тем, что при принятом расположении подготовительной выработки, предназначенной для повторного использования, со времени ее проведения до погашения она поддерживается в области горного массива, разгруженном от повышенного горного давления. Эта область формируется вблизи разрывных геологических нарушений: в породах висячего крыла - при сбросах и в породах лежачего крыла - при взбросах.

По сравнению с известным способом подземной разработки пластов полезных ископаемых заявляемый способ позволяет уменьшить на 10-20% эксплуатационные потери полезного ископаемого, в несколько раз снизить суммарные затраты на поддержание парных подготовительных выработок, а также затраты на монтажно-демонтажные работы в лавах.

Необходимые для реализации заявляемого способа данные, а именно местоположение границ областей пониженных напряжений и повышенной интенсивности трещин, возникающих вблизи геологического нарушения, определяют с использованием известных методик в результате шахтных, лабораторных или аналитических исследований с учетом конкретных горно-геологических условий залегания пласта. Тип геологического нарушения (сброс или взброс) определяется геологическими службами по известным методикам.

Область рационального использования заявляемого способа

Заявляемый способ предназначен для использования при подземной отработке пластовых месторождений полезных ископаемых (в основном, соляных и угольных) на участках с дизъюнктивными геологическими нарушениями. Использование заявляемого способа в рассматриваемых условиях позволяет: уменьшить на 10-20% эксплуатационные потери полезного ископаемого, в несколько раз снизить суммарные затраты на поддержание парных подготовительных выработок, а также затраты на монтажно-демонтажные работы в лавах.