способ подземной разработки соляных пластов

Формула изобретения

1. Способ подземной разработки соляных пластов, включающий в себя вскрытие, подготовительные, нарезные и очистные работы, управление горным давлением и систему защиты горных выработок от затопления путем сохранения естественной непроницаемости природных водоупоров, отличающийся тем, что месторождение или его часть отрабатывают в три стадии, на первой стадии месторождение или его часть разделяют на выемочные единицы с запасами, кратными годовому объему добычи предприятия, путем возведения по контуру вертикальных водоохранных искусственных массивов, водонепроницаемость которых обеспечивают за счет трехслойного их строения в виде двух вертикальных слоев твердеющей закладки и расположенного между ними слоя калийной соли с горизонтальной водосборной выработкой в нижней части; на второй стадии отрабатывают по всей площади выемочного участка горизонтальный слой переменной мощности на верхней границе пласта и формируют из твердеющей закладки водоохранный горизонтальный искусственный массив, водонепроницаемость которого обеспечивают за счет наклона его верхней поверхности и проведения водосборной горизонтальной выработки вдоль края искусственного массива с минимальной толщиной; на третьей стадии ведут последовательную отработку запасов выемочной единицы с использованием известной камерно-целиковой технологии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при отработке запасов выемочной единицы, оконтуренной вертикальными и горизонтальными водоохранными искусственными массивами, междукамерные целики делают трехслойными в виде центрального закладочного массива и вертикальных защитных слоев из калийной соли по обеим его сторонам.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при отработке пачки пластов калийной соли и наличии в кровле основного пласта полезного ископаемого одного или пачки пластов, некондиционных по мощности, горизонтальный водоохранный искусственный массив переменной толщины формируют путем отработки и закладки ближайшего к основному менее мощного пласта, до уровня почвы которого возводят все вертикальные водоохранные искусственные массивы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области горного дела и, в частности, к подземной разработке пластовых месторождений калийных солей, характеризующихся высокой водообильностью налегающей толщи пород и постоянным риском затопления подземных выработок.

Известен способ подземной разработки калийных солей с защитой рудников от затопления [1]. Недостатком этого способа является обоснованная необходимость не сплошной отработки запасов продуктивного пласта, а выемка только тех его участков, в покрывающей толще которых суммарная мощность ненарушенных слоев каменной соли в водозащитной толще больше минимально допустимой по расчету. Выемка остальных же запасов в данном случае не рекомендуется или, по крайней мере, проблематична.

Наиболее близким по технической сущности является способ подземной разработки месторождений полезных ископаемых, заключающийся в трехстадийной отработке запасов месторождения с опережающим возведением системы ограждающих и разделительных искусственных целиков (прототип) [2]. Недостатком данного способа, применительно к особенностям разработки калийных месторождений, является отсутствие водозащитных функций у искусственных массивов различного назначения, а также сложность и трудоемкость возведения в пределах выемочного участка системы разделительных искусственных массивов, которые ограничивают фронт работы высокопроизводительного очистного оборудования, применяемого для добычи калийных солей.

Целью изобретения является создание активной системы защиты подземного рудника при добыче калийных солей от возможного затопления подземными водами при сохранении достигнутых количественных показателей очистной выемки и повышении качественных.

Указанная цель достигается тем, что очистную выемку ведут в три стадии: на первой стадии месторождение (или его часть) разделяют на выемочные единицы с запасами, кратными годовому объему добычи предприятия, путем возведения по контуру вертикальных водоохранных искусственных массивов, водонепроницаемость которых обеспечивают за счет трехслойного их строения в виде двух вертикальных слоев твердеющей закладки и расположенного между ними слоя калийной соли с горизонтальной водосборной выработкой в нижней части; на второй стадии отрабатывают по всей площади выемочного участка горизонтальный слой переменной мощности на верхней границе пласта и формируют из твердеющей закладки водоохранный горизонтальный искусственный массив, водонепроницаемость которого обеспечивают за счет наклона его верхней поверхности и проведения водосборной горизонтальной выработки вдоль края искусственного массива с минимальной толщиной, а линейные размеры принимают б'ольшими, чем размеры выемочной единицы на двойную толщину вертикального водоохранного массива; на третьей стадии ведут последовательную отработку запасов выемочной единицы с использованием известной камерно-целиковой технологии.

При необходимости повышения показателей полноты извлечения балансовых запасов при отработке полезного ископаемого, в пределах оконтуренной горизонтальным и вертикальными водоохранными искусственными массивами выемочной единицы, междукамерные целики делают трехслойными, отрабатывая и заполняя твердеющей закладкой с прочностью, равной прочности полезного ископаемого, центральную часть целика и оставляя с каждой стороны набравшего прочность искусственного массива предохранительный слой из полезного ископаемого.

При наличии в кровле основного пласта полезного ископаемого одного или пачки пластов, некондиционных по мощности, горизонтальный водоохранный искусственный массив переменной толщины формируют путем отработки и закладки ближайшего к основному менее мощного пласта, до уровня почвы которого возводят все вертикальные водоохранные искусственные массивы.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показано возведение вертикальных водоохранных искусственных массивов. На фиг.2 показано возведение горизонтального водоохранного искусственного массива в кровле отрабатываемого пласта. На фиг.3 показана отработка запасов выемочной единицы камерно-целиковой системой после возведения горизонтального и вертикальных водоохранных искусственных массивов. На фиг.4 показана отработка запасов выемочной единицы камерно-целиковой системой с опережающей выемкой центральной части междукамерных целиков из соли. На фиг.5 показано возведение горизонтального водоохранного искусственного массива за счет отработки маломощного пласта, залегающего над основным пластом.

Перечень последовательностей: 1 - вертикальный водоохранный искусственный массив, 2 - внешний закладочный массив, 3 - внутренний целик из соли, 4 - нижняя водосборная выработка, 5 - основной пласт калийной соли, 6 - выемочная единица, 7 - горизонтальный водоохранный искусственный массив, 8 - верхняя водосборная выработка, 9 - кровля основного пласта, 10 - очистные камеры, 11 - междукамерный целик, 12 - объем опережающей отработки в пределах междукамерного целика, 13 - выработанное пространство, 14 - вертикальный защитный слой, 15 - закладочный массив междукамерного целика, 16 - маломощный пласт в налегающей толще пород, 17 - почва маломощного пласта в налегающей толще пород, 18 - горизонтальные заходки переменной высоты

Способ подземной разработки соляных пластов содержит вертикальные водоохранные искусственные массивы 1, состоящие из двух внешних массивов из твердеющей закладки 2, внутреннего целика из соли 3 и нижней водосборной выработки 4, возводимые на всю мощность основного пласта калийной соли 5 и разделяющие его на выемочные единицы 6, горизонтальные водоохранные искусственные массивы переменной высоты 7 с верхней водосборной выработкой 8, возводимые в кровле 9 основного пласта калийной соли 5, отработку очистных камер 10 известной геотехнологией, оставление междукамерных целиков 11, опережающую отработку объема полезного ископаемого 12 в пределах центральной части междукамерных целиков 11 с оставлением с каждой стороны выработанного пространства 13 вертикальных защитных слоев 14 и заполнением выработанного пространства 13 твердеющей закладкой 15, отработку известной технологией горизонтальными заходками переменной высоты 18 ближайшего к кровле 9 основного пласта калийной соли 5 маломощного пласта 16 с последующим формированием выше его почвы 17 горизонтального водоохранного искусственного массива переменной высоты 7 с верхней водосборной выработкой 8.

Способ реализуется следующим образом. В пределах отрабатываемой части основного пласта калийной соли 5 возводят систему вертикальных водоохранных искусственных массивов 1, которые делят отрабатываемую часть основного пласта 5 на выемочные единицы 6 с запасами каждой, обеспечивающими заданный уровень годовой добычи. Конструкцию этих искусственных массивов 1 принимают трехслойной, для чего сначала последовательно отрабатывают два внешних слоя 2 с использованием известных геотехнологий, например, слоевой восходящей или нисходящей выемки с твердеющей закладкой или выбуривания соли с последующей закладкой. В нижней части внутреннего целика из соли 3 проходят нижнюю водосборную выработку 4, которая предназначена для сбора и откачки воды при нарушении, по каким-либо причинам, водонепроницаемости одного из внешних слоев 2 и обеспечения, таким образом, водонепроницаемости искусственного массива в целом (фиг.1). После возведения вертикальных водоохранных искусственных массивов 1 по внешнему контуру выемочной единицы 6, в кровле 9 основного пласта калийной соли 5, возводят с использованием известных технологий, например, горизонтальными заходками переменной высоты с твердеющей закладкой, горизонтальный водоохранный искусственный массив 7, толщина которого плавно изменяется на всем протяжении кровли 9 выемочной единицы 6. На фланге с минимальной толщиной горизонтального водоохранного искусственного массива 7 проходят верхнюю горизонтальную водосборную выработку 8, располагая ее над внутренним целиком из соли 3 вертикального водоохранного искусственного массива 1 (фиг.2). Отработку запасов выемочной единицы 6 начинают после возведения вертикальных 1 и горизонтальных 7 водоохранных искусственных массивов и ведут с применением известной технологии, например, камерно-целиковой системы разработки с целиками из соли 11 и открытыми камерами 10 (фиг.3). При необходимости повышения показателей полноты извлечения балансовых запасов отработку выемочной единицы 6 начинают с отработки центральной части 12 междукамерных целиков из соли 11 с использованием известной технологии, например, горизонтальными слоями с твердеющей закладкой сверху вниз или снизу вверх. Параметры выработанного пространства 13 в центральной части 12 междукамерных целиков 11 и прочность закладочного массива 15 в каждом конкретном случае определяют по известным методикам из условий сохранения общей несущей способности междукамерных целиков 11. После выемки центральной части 12 междукамерных целиков 11 и создания закладочного массива 15 приступают к последовательной отработке запасов очистных камер 10, оставляя с обеих сторон закладочного массива междукамерных целиков 15 вертикальный защитный слой 14 (фиг.4). При разработке свиты пластов и наличии непромышленного маломощного пласта 16 в налегающей толще пород выше кровли 9 основного пласта 5 горизонтальный водоохранный искусственный массив 7 возводят путем отработки этого пласта 16 с использованием известных технологий, например, горизонтальными заходками переменной высоты 18 с твердеющей закладкой. В этом случае все вертикальные водоохранные искусственные массивы 1 возводят до уровня почвы 17 маломощного пласта 16 (фиг.5).

Источники информации

1. Патент РФ № 2273734 С1 от 13.08.2004, МКИ E21C 41/20. Способ защиты калийных рудников от затопления / Крайнев Б.А., Джиноридзе Н.М., Шумахер А.И., Кузнецов Н.В., Белкин В.В. - Опубл. 10.04.2006. Бюл. № 10.

2. Патент РФ № 2306417 от 08.07.2005, МКИ Е21С 41/00. Способ подземной разработки месторождений полезных ископаемых / Галченко Ю.П., Айнбиндер И.И., Плащинский В.Ф., Пахалуев В.Ф., Сабянин Г.В., Родионов Ю.И., Пацкевич П.Г., Вохмин С.А. - Опубл. 20.09.2007. Бюл. № 26.