способ подземной разработки мощных залежей полезных ископаемых

Формула изобретения

1. Способ подземной разработки мощных залежей полезных ископаемых, включающий в себя подготовительные, нарезные и очистные работы в выемочных участках, ограниченных барьерными целиками, управление горным давлением за счет оставления целиков из полезного ископаемого, отличающийся тем, что, с целью повышения безопасности и эффективности добычи полезного ископаемого, выемочные участки отрабатывают вертикальными прирезками, включающими в себя два вертикальных слоя различной толщины, из которых внутренний - толщиной, равной диаметру очистной скважины, отрабатывают методом выбуривания очистных скважин большого диаметра, а внешний - толщиной, равной

,

где b - толщина не отрабатываемого слоя, м;

D - диаметр очистной скважины, м;

А - расстояние между центрами очистных скважин при выемке отрабатываемого слоя, м;

K_уст - коэффициент извлечения руды, при котором оставляемые рудные целики обеспечивают устойчивость налегающей толщи пород, ед.,

не отрабатывают.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при бурении очистных скважин большого диаметра отбитую горную массу магазинируют в скважинах, для чего на первой стадии бурения очистных скважин диаметр пилотной скважины определяют по формуле

,

где d - диаметр пилотной скважины, м;

D - диаметр очистной скважины, м;

к_р - коэффициент разрыхления, ед.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что при отработке пачки согласно залегающих пластов полезного ископаемого высоту прирезки принимают равной общей мощности всех пластов пачки, включая и породные промежутки, выбуривание очистных скважин ведут на всю высоту прирезки с магазинированием в них отбитой горной массы, а разделение полезного ископаемого и пустой породы производят на стадии генерального выпуска путем селективной послойной выдачи полезного ископаемого и пустой породы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области горного дела и, в частности, к подземной разработке месторождений солей и руд.

Известен способ подземной разработки пластов калийных солей с поддержанием выработанного пространства за счет оставления естественных междукамерных целиков [1]. Недостатком этого способа являются опасные условия труда при выемке камер с предельными пролетами подрабатываемых пород и с постоянным присутствием человека непосредственно в очистных забоях, а также слабая защищенность всей системы подземных выработок от выделений флюидонесущих коллекторов в налегающих породных толщах, высокие безвозвратные потери полезного ископаемого и отсутствие реальной перспективы их снижения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ подземной разработки месторождений полезных ископаемых с выбуриванием рудных тел [2]. Недостатком данного способа является полная незащищенность выемочных участков от прорыва или фильтрации подземных вод, а также высокая вероятность нарушения налегающей толщи пород после выемки полезного ископаемого.

Целью изобретения является создание безопасных с точки зрения гидрогеологии условий для высокопроизводительной отработки запасов выемочных участков или блоков, оконтуренных естественными или искусственными барьерными или междублоковыми целиками.

Указанная цель достигается тем, что выемочные участки или блоки отрабатывают вертикальными прирезками, включающими в себя два вертикальных слоя различной толщины, из которых внутренний отрабатывают методом выбуривания очистных скважин большого диаметра, а внешний - не отрабатывают. При этом толщину внутреннего слоя принимают равной диаметру очистных скважин, а толщину внешнего слоя определяют по формуле:

,

где b - толщина не отрабатываемого слоя, м; D - диаметр очистной скважины, м; А - расстояние между центрами очистных скважин при выемке отрабатываемого слоя, м; К_уст - коэффициент извлечения руды, при котором оставляемые рудные целики обеспечивают устойчивость налегающей толщи пород, ед.

Для обеспечения безопасных условий труда на верхнем буровом горизонте и равномерной выдачи полезного ископаемого, добытого при бурении скважин большого диаметра, бурение этих скважин ведут с магазинированием в них отбитой горной массы, для чего на стадии бурения пилотной скважины ее диаметр определяют по формуле:

,

где d - диаметр пилотной скважины, м; D - диаметр очистной скважины, м; к_р - коэффициент разрыхления.

Если месторождение представлено пачкой согласно залегающих пластов, то высоту прирезки принимают равной общей мощности всех пластов этой пачки, включая и породные промежутки. Выбуривание очистных скважин ведут на всю высоту прирезки с магазинированием в них отбитой горной массы, а разделение полезного ископаемого и пустой породы производят на стадии генерального выпуска магазинов путем селективной послойной выдачи.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид добычного участка при последовательной отработке прирезок. На фиг.2 показана отработка пачки согласно залегающих пластов.

Способ подземной разработки мощных пологих и крутопадающих залежей полезного ископаемого содержит верхние 1 и нижние 2 этажные подготовительные выработки, добычной участок 3, целики 4, вертикальные прирезки 5, состоящие из отрабатываемого слоя 6 и не отрабатываемого слоя 7, буровой комплекс 8, пилотную скважину 9, расширитель 10, очистные скважины 11, отбитую рудную массу 12, люковое устройство 13, погрузо-доставочную машину 14, основной пласт 15, сопутствующие пласты 16, породные прослойки 17, составную прирезку 18, отбитую породу 19.

Способ реализуется следующим образом. После проходки верхних 1 и нижних 2 этажных подготовительных выработок добычной участок 3, ограниченный целиками 4, отрабатывают посредством выемки вертикальных прирезок 5, каждая из которых включает в себя отрабатываемый слой 6 и не отрабатываемый слой 7 (фиг.1). Для добычи полезного ископаемого в отрабатываемом слое 6 используют буровой комплекс 8 одного из известных типов (например, RHINO), которым сначала бурят пилотные скважины 9, а затем с помощью расширителя 10 бурят очистные скважины 11. В этом случае толщина отрабатываемого слоя 6 равна диаметру очистной скважины, а толщину не отрабатываемого слоя 7 определяют по формуле:

,

где b - толщина не отрабатываемого слоя, м; D - диаметр очистной скважины, м; А - расстояние между центрами очистных скважин при выемке отрабатываемого слоя, м; К_уст - коэффициент извлечения руды, при котором оставляемые рудные целики обеспечивают устойчивость налегающей толщи пород, ед.

При бурении очистных скважин 9 отбитую рудную массу 12 магазинируют в очистных скважинах 11. Для того чтобы компенсировать увеличение объема отбитой рудной массы 12, диаметр пилотной скважины 9 принимают равным:

,

где d - диаметр пилотной скважины, м; D - диаметр очистной скважины, м; к_р - коэффициент разрыхления.

Заполнение очистных скважин 11 отбитой рудной массой 12 обеспечивает возможность безопасного ведения всех работ в верхней этажной выработке 1 и перемещение по ней бурового комплекса 8. После завершения бурения всех очистных скважин 11 в отрабатываемом слое 6 прирезки 5 производят генеральный выпуск отбитой рудной массой 12 из всех очистных скважин 11 через люковые устройства 13, с последующим транспортированием одним из известных транспортных средств (например, погрузодоставочными машинами 14). Если месторождение представлено пачкой согласно залегающих - основного 15 и сопутствующих 16 - пластов, разделенных породными прослойками 17, то верхние этажные подготовительные выработки 1 проводят по самому верхнему сопутствующему пласту 16, а высоту вертикальной составной прирезки 18 принимают равной сумме мощностей основного пласта 15, всех сопутствующих пластов 16 и породных прослоек 17 между ними. Каждую такую составную прирезку 18 отрабатывают точно так же, как и прирезку 5, вплоть до стадии генерального выпуска из очистных скважин 11. Так как объем пилотных скважин 9, определяемый по приведенной выше формуле, компенсирует увеличение объема отбитой рудной массой 12 при бурении за счет коэффициента разрыхления, то при бурении очистных скважин 11 в каждой вертикальной составной прирезке 18 положение слоев отбитой рудной массой 12 и отбитой породы 19 будет соответствовать положению основного пласта 15, всех сопутствующих пластов 16 и породных прослоек 17 между ними (фиг.2). Это позволит составить такой график генерального выпуска из каждой очистной скважины 11, при котором отбитая рудная масса 12 и отбитая порода 19 будут раздельно выдаваться через люковые устройства 13 и раздельно транспортироваться известным транспортным средством (например, погрузодоставочной машиной 14).

Источники информации

1. Именитов В.Р. Процессы подземных горных работ при разработке рудных месторождений. - М.: Недра, 1978. - 527 с. (рис.XII стр.358).

2. Патент РФ № 2059815 «Способ разработки крутопадающих подземных формаций». Заявка: 94026582/03, 01.08.1994. Опубликовано: 10.05.1996 (прототип).