Способ разработки пологих пластов при управлении кровлей на ленточных разноподатливых целиках

 

Изобретение относится к горной промышленности. Сущность изобретения: проходят подготовительные горные выработки и ведут одностадийную выемку руды очистными камерами различной ширины. 7 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для использования преимущественно при разработке месторождений полезных ископаемых камерными системами с повышенным извлечением руды, когда оно ограничивается допустимым значением скорости оседания подработанной толщи в проекции плоского дна мульды сдвижения и допустимой величиной конечного оседания подработанной толщи у вертикальной границы краевой части мульды сдвижения.

Известны способы разработки пластовых месторождений (например, Сонин С. Д. Подземная разработка пластовых месторождений. М. Госгортехиздат, 1961; Пермяков Р.С. Технология добычи солей. М. Недра, 1981, с.120 124; А.с. СССР N 928010, 1982), согласно которым для уменьшения влияния повышенного извлечения на скорость оседания подработанной толщи очистные работы должны выполняться в две стадии, вследствие этого продолжительность оседания подработанной толщи значительно увеличивается, однако при этом из-за большого разрыва времени между первой и второй стадиями выполнения очистных работ появится необходимость в выполнении работ по приведению подготовительных выработок в безопасное состояние. Из-за закорачивания очистными камерами свежего и исходящего потоков воздуха для обеспечения проветривания камер, проходимых в междукамерных целиках на 2-й стадии выполнения очистных работ, потребуется возвести большое количество вентиляционных перемычек. Увеличение затрат на поддержание подготовительных и проветривание очистных выработок приведет к увеличению себестоимости добычи руды.

Кроме изложенных недостатков осложнится сам процесс выполнения очистных работ из-за увеличения горного давления на отрабатываемый пласт вследствие наличия в нем очистных камер, пройденных на первой стадии выполнения очистных работ, и из-за уменьшения разгрузки отрабатываемого пласта на фронте очистных работ, так как перераспределение горного давления обусловлено разницей между значениями податливости пласта на контактирующих участках шахтного поля, а она в результате выполнения первой стадии очистных работ значительно уменьшится. При повышении горного давления ухудшается устойчивость кровли очистных камер и осложняется отгон комбайна из камеры вследствие большой конвергенции из-за высокой скорости оседания междукамерных целиков.

Описанные недостатки исключаются при одностадийном процессе выполнения очистных работ. Таким образом, технологическое решение, направленное на повышение извлечения руды, должно сохранять свойство аналогов растягивать процесс оседаний подработанной толщи во времени, и исключать его недостатки, приводящие к повышению себестоимости добычи руды; то есть совокупность признаков этого технологического решения должна обеспечивать протекание процесса оседания в две стадии, с возникновением второй после затухания оседаний первой, при одностадийной выемке руды.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому технологическому решению является способ разработки пологих пластов камерной системы при управлении кровлей на последовательности узких ленточных целиков с периодическим формированием одного широкого (А.с. N 142978, БИ N 23Б 1961 г. Габдрахимов И.Х. Папулов Л.М. Расчет ширины междукамерных и междублоковых целиков по предельному состоянию. В кн. Разработка соляных месторождений. Межвузовский сборник научных трудов N 193, Пермь: 1976, с. 34 36; Папулов Л.М. Исследование и разработка технологии механизированной выемки с гидрозакладкой сильвинитового пласта Кр. П Верхнекамского месторождения калийных солей. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Л. 1985, с.164).

По сравнению с камерной системой разработки, включающей управление кровлей на ленточных целиках одинаковой ширины, в способе разработки, выбранном в качестве прототипа, снижается вероятность газодинамических явлений, кровля камер более устойчивая, а несущая способность целиков более высокая. Благодаря более высокой несущей способности скорости оседания подработанной толщи будет более низкая.

На фиг.1 изображена схема расположения целиков. На ней показаны: очистные камеры (комбайновые ходы) 1; узкие поддерживающие целики 2 и широкие несущие целики 3; свод разгруженных пород кровли 4.

Деформации, предшествующие разрушению целиков, при прочих равных условиях зависят от ширины целиков: чем уже целик, тем меньше его предельная деформация (Методические указания по расчету податливых междукамерных целиков на калийных месторождениях, составитель М.П.Нестеров. Л. ВНИИГ, 1982, с.103). Поэтому узкие целики разрушаются значительно раньше широких. Это приведет к обрушению пород кровли с формированием сводов над обрушенными породами и увеличению высоты несущих целиков.

На фиг.2 изображены новые сформировавшиеся несущие целики, состоящие из рудного тела 3 и пород кровли 5, широких камер 6, образовавшихся в результате объединения свода 4 и комбайновых ходов (камер) 1. Эти камеры частично заполнены обрушившимися кусками слоев кровли 7. Увеличение высоты междукамерных целиков приведет к уменьшению их несущей способности и, как следствие, к увеличению скорости оседания подработанной толщи горных пород. Таким образом, уменьшение влияния повышения извлечения на скорость оседания подработанной толщи происходит только в небольшой начальный период оседания при перемещениях кровли, не превышающих предельную деформацию узких целиков, что составляет 0,1 1,0% от конечного значения оседаний.

Цель изобретения уменьшение скорости оседаний подработанной толщи пород.

Поставленная цель достигается тем, что в способе разработки пологих пластов при управлении кровлей на ленточных разноподатливых целиках, включающем проходку подготовительных горных выработок и одностадийную выемку руды очистными камерами, выемку руды ведут чередующимися узкими и широкими камерами.

На фиг. 3 изображен вертикальный разрез предлагаемой несущей породной конструкции. На нем показаны: комбайновые ходы 1, разделенные узкими поддерживающими целиками 2; контуры широкой камеры 3; контуры узкой камеры (она может быть одно или многоходовой) 4; несущие междукамерные целики 5. При оседании подработанной толщи горных пород, после разрушения поддерживающих целиков, обрушается кровля широкой камеры (фиг.4), в результате чего над ней формируется свод 6; при этом широкая камера как бы перемещается в кровлю, несколько изменив свою форму. Затем происходит разрушение несущих целиков и перемещение их кусков в камеры с последующим уплотнением переизмельченной рудной массы. В результате этих геомеханических процессов в кровле пласта формируется несущая система (фиг. 5), целиками которой является вмещающие породы кровли 7. Благодаря последовательности разрушения несущих целиков и целиков, образовавшихся в кровле пласта, оседания подработанной толщи происходят в две стадии.

На фиг. 6 показан схематизированный график изменения скорости сдвижения земной поверхности во времени t при предлагаемом варианте управления горным давлением (кривая I) и при управлении кровлей при известных вариантах, при которых заполнение выработанного пространства в результате разрушения целиков происходит одностадийно (кривая II). Геометрической интерпретацией значения конечных оседаний является площадь под кривой, характеризующей изменение скорости оседания во времени. Величины конечных оседаний обусловлены коэффициентом извлечения руды. При одинаковых значениях коэффициента извлечения руды, при ее выемке предлагаемым и известным способами площади под кривыми I и II должны быть равными. Отсюда и вследствие того, что время полных сдвижений земной поверхности при выемке руды предлагаемым способом больше, чем при выемке известным, максимум кривой II будет находиться выше, чем максимум кривой I. Таким образом, при выемке руды предлагаемым способом наибольшая скорость активных сдвижений земной поверхности будет значительно меньше, чем при выемке известным.

Минимальными по ширине повторяющимися несущими породными конструкциями являются: в известном способе два узких целика (или две группы узких целиков), между которыми находится один широкий целик; в предлагаемом способе два узких целика (или две группы узких целиков), между которыми находятся не менее двух широких целиков.

Отличительный признак предлагаемого способа разработки обеспечивает появление у него нового свойства, заключающегося в двухстадийности сдвижения земной поверхности при одностадийном выполнении очистных работ, что обеспечивает возможность повышения извлечения руды без увеличения наибольших активных скоростей сдвижения земной поверхности.

При анализе известных технологических решений, включающих одностадийную выемку руды из полого пласта, не обнаружено способа разработки, обладающего свойствами предлагаемого. Поэтому заявляемое техническое решение соответствует критерию "Существенные отличия".

При расчете параметров разработки пласта, например применительно к условиям Верхнекамских калийных рудников, для обеспечения безопасности подработки водозащитной толщи (ВЗТ) и сооружений на земной поверхности повышенное извлечение не должно приводить к увеличению кривизны кровли. Для этого в предлагаемом способе разработки разобщаются в пространстве кривые части мульд сдвижения от оседаний при разрушении несущих рудных целиков и от оседаний при разрушении целиков, сформировавшихся между сводами обрушенных пород. Повышенное извлечение руды можно осуществлять на расстоянии от границы шахтного поля, превышающем не менее чем в 2 раза расстояние между границей шахтного поля и вертикальной границей краевой части мульды сдвижения, которая бы образовалась после конечного оседания пород кровли, когда еще обеспечивается безопасность подpаботки ВЗТ и сооружений на земной поверхности. Будем считать его допустимым оседанием.

Возможность обеспечения безопасности подработки ВЗТ и сооружений на земной поверхности поясняется графиков распределения конечных оседаний, фиг. 7. На нем изображены: граница шахтного поля 8; вертикальная граница краевой части мульды сдвижения, которая бы образовалась после конечного оседания пород кровли, когда еще обеспечивается безопасность подработки ВЗТ и сооружений на земной поверхности 9; граница повышенного извлечения 10; уровень земной поверхности до оседания подработанной толщи 11; уровень земной поверхности после разрушения несущих целиков 12; уровень земной поверхности после заполнения выработанного пространства разрушенными целиками и вмещающими породами 13; разрабатываемый пласт 14. Между границей шахтного поля и границей повышенного извлечения отработка пласта выполняется узкими камерами 4 с оставлением несущих целиков 5. При этом ширину несущих целиков и ширину широких камер рассчитывают по конечным оседаниям. Оседания от заполнения комбайновых ходов широкой камеры, как и от заполнения узких камер, не должны превышать допустимого значения. Благодаря ступенчатому изгибу кровли сохраняются ее водозащитные свойства при величине результирующего конечного оседания, в проекции плоского дна мульды сдвижения, превышающей допустимое значение.

На рудниках Верхнекамского калийного месторождения при 40 45% извлечении руды из вынимаемой мощности оседание подработанной толщи происходит со скоростью, при которой сохраняются ее водозащитные свойства и не происходит разрушений сооружений на земной поверхности, а при 65 70% извлечении руды срок службы целиков обеспечивает возможность выполнения очистных работ. Однако такое высокое извлечение руды производится на участках шахтного поля, располагающихся вне городской застройки при большой мощности ВЗТ.

Выемка руды предлагаемым способом разработки позволит увеличить количество добычных участков, работающих с повышенным извлечением, при этом извлечение руды может быть увеличено, примерно,в 1,5 раза.

Разработанный способ камерной системы выемки пологих пластов сохраняет свойства аналогов: повышается несущая способность целиков, снижается вероятность газодинамических явлений, улучшается устойчивость пород кровли очистных камер.

Формула изобретения

Способ разработки пологих пластов при управлении кровлей на ленточных разноподатливых целиках, включающий проходку подготовительных горных выработок и одностадийную выемку руды очистными камерами с поддержанием налегающей толщи пород на широких несущих целиках, а кровли широких камер на узких податливых, отличающийся тем, что выемку руды ведут камерами неодинаковой ширины, при этом между широкими многоходовыми камерами проходят одну или несколько узких.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7