СПОСОБ ОТРАБОТКИ КРУТОПАДАЮЩИХ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
METHOD OF MINING STEEPLY DIPPING ORE DEPOSITS

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке крутопадающих рудных тел.
Известен способ подземной разработки крутопадающих рудных тел высокоэффективными системами с обрушением руды и вмещающих пород, при котором выработанное пространство заполняется обрушенными налегающими породами (1).
Недостатками способа являются большие площади обрушения земной поверхности, невозможность размещения в подземном выработанном пространстве пустых пород, а в случае использования подземных обогатительных комплексов (2) - хвостов обогащения.
Известен способ разработки крутопадающих рудных тел подземным способом в восходящем порядке камерной системой разработки с заполнением выработанного пространства сухой закладкой, в качестве которой могут быть использованы как пустая порода (3, 4), так и хвосты обогащения (5).
Недостатком способа является то, что пропорционально увеличению размеров выработанного пространства (камер) растет и величина горного давления на конструктивные элементы системы разработки, исключающего возможность безграничного увеличения размеров камер, вследствие чего по границам камер необходимо оставление рудных целиков, способы извлечения которых в этих технических решениях не обосновываются.
Наиболее близким по технической сущности является восходящий способ отработки месторождения (6). Суть способа состоит в том, что вскрытие производят на всю глубину месторождения или на глубину разведанных запасов, затем оборудуют концентрационный горизонт, развивают подготовительные работы и приступают к добыче руды на самом нижнем этаже. Отработанные камеры заполняют сухой закладкой (пустыми породами или хвостами обогащения) и производят дальнейшую выемку в восходящем порядке.
Недостатком данного способа является невозможность управления горным давлением, что может привести к внезапному обрушению висячего бока и вышележащего рудного массива в момент, когда камеры не заполнены закладкой, что чревато возможными катастрофическими последствиями. Указанный недостаток делает восходящий способ разработки месторождения потенциально опасным и в описанном варианте практически неприменимым. Возможно оставление в выработанном пространстве междуэтажных и междукамерных целиков, но это приведет к большим потерям руды и уменьшению эффективности отработки месторождения.
Техническим результатом изобретения является устранение указанных недостатков, а именно обеспечение устойчивости пород висячего бока в период отработки камер и уменьшение площади нарушения земной поверхности по сравнению с системами с обрушением.
Технический результат достигается тем, что в способе разработки крутопадающих рудных месторождений рудную залежь по высоте разделяют на ярусы, вскрывают месторождение на всю глубину или на глубину разведанных запасов и производят отработку нижнего яруса камерами в восходящем порядке с заполнением выработанного пространства сухой закладкой (пустой породой или хвостами обогащения), затем таким же способом отрабатывают третий снизу по высоте ярус, а после его выемки и заполнения сухой закладкой отрабатывают второй снизу ярус системой с обрушением и таким же способом в восходящем порядке производят отработку остальных запасов месторождения с выемкой нечетных (снизу) ярусов камерами с закладкой, а четных - системой с обрушением, причем высота нечетных ярусов, отрабатываемых камерами с закладкой, определяется устойчивой площадью обнажения висячего бока яруса, а высота четных ярусов - необходимыми для поддержания висячего бока на период отработки смежных камер нечетных ярусов размерами устойчивого целика.
Сущность предлагаемого способа поясняется чертежами (фиг.1, 2 и 3), где:
1 - рудное тело; 2 - ствол шахты; 3 - квершлаги; 4, 6, 8 - ярусы, отрабатываемые камерами с сухой закладкой; 5, 7 - ярусы, отрабатываемые системой с обрушением; 9 - сухая закладка (пустая порода или хвосты обогащения), 10 - отбитая руда второго яруса; 11 - обрушенная порода висячего бока; 12 - зона обрушения пород висячего бока после выемки руды второго яруса; 13 - максимальные размеры зоны обрушения при полной отработке месторождения предлагаемым способом; 14 - зона обрушения при отработке всего месторождения системой с обрушением.
Способ осуществляется следующим образом:
Разделяют месторождение (рудный массив 1) по высоте на ярусы, вскрывают месторождение на всю глубину или на глубину разведанных запасов стволом 2 и квершлагами 3. Ярусы могут состоять из одного или нескольких этажей и быть неодинаковыми по высоте, что зависит от устойчивости руд и пород (в частности, пород висячего бока) (фиг.1).
Первый нижний ярус 4 отрабатывают камерами в восходящем порядке с заполнением выработанного пространства сухой закладкой 9 (пустой породой или хвостами обогащения). Затем в таком же порядке производят отработку третьего снизу яруса 6 также с заполнением выработанного пространства сухой закладкой. После этого производят отработку второго снизу яруса 5 системами с обрушением (массовое взрывание рудного массива и выпуск руды под обрушенными породами). При этом высоту первого и третьего (нечетных снизу) ярусов 4, 6 рассчитывают в зависимости от параметров напряженно-деформированного состояния горного массива таким образом, чтобы обеспечить устойчивость открытых камер до момента их заполнения закладкой. Высота второго снизу яруса 5 (целика) рассчитывается таким образом, чтобы, во-первых, гарантировать устойчивость камер первого и третьего ярусов, во-вторых, обеспечить обрушение пород висячего бока после взрывания целика 5.
Отработка вышележащих ярусов 7, 8 и т.д. осуществляется аналогичным способом - сначала камерами вынимаются нечетные (считая снизу) ярусы, камеры заполняются сухой закладкой, а затем системой с обрушением отрабатываются четные ярусы.
Состояние горного массива после взрывания второго яруса показано на фиг.2. Сухая закладка 9 располагается снизу и сверху отбитой руды 10 второго яруса, которая выпускается через выработки выпуска в лежачем боку рудного тела. В процессе выпуска при крутом падении рудного тела в выработанное пространство в первую очередь затекает вышележащая сухая закладка, а затем оставшиеся пустоты заполняются обрушившимися породами висячего бока 11. При этом в висячем боку развивается зона обрушения налегающих пород 12 (фиг.3). Зона обрушения пород висячего бока формируется не в период отработки первого нижнего яруса, а при выемке руды второго яруса. Зона обрушения пород висячего бока 12 в зависимости от глубины разработки может выходить или не выходить на земную поверхность. При полной отработке месторождения зона обрушения развивается в сторону лежачего бока, максимальные ее размер показан контуром 13. На фиг.3 также показан размер зоны обрушения при отработке всего месторождения системой с обрушением 14, который существенно выше, чем при предлагаемом способе.
Таким образом, предлагаемый способ отработки месторождений позволяет размещать в выработанном пространстве пустые породы и хвосты обогащения и обеспечивает заметное уменьшение площади обрушения земной поверхности по сравнению с системами с обрушением.
По такому же принципу могут быть отработаны и междукамерные целики в пределах каждого яруса.
Источники информации, принятые во внимание
1. Справочник по горнорудному делу. Под редакцией В.А. Гребенюка. М.: Недра, 1983 г.
2. Ю.Д. Шварц. Подземные комплексы по добыче и переработке минерального сырья - предприятия XXI века // Горная промышленность, 2000, №1.
3. Патент на изобретение РФ №2229600 E21C 41/00, опубликовано 27.05.2004.
4. Патент на изобретение РФ №2132461 E21C 41/00, опубликовано 27.06.1999.
5. Патент на изобретение РФ №2385956 C1, опубликовано 10.04.2010.
6. В.Л. Яковлев, Ю.В. Волков, О.В. Славиковский. О стратегии освоения меднорудных месторождений Урала // Горный журнал, 2003, №9 - с.3-7.