Способ отработки рудных тел
METHOD FOR MINING ORE BODIES

Изобретение относится к горнодобывающей отрасли и может применяться при разработке месторождений системами с обрушением и торцовым выпуском руды предпочтительно для выположенных или выклинивающихся рудных тел.
Известен способ отработки месторождений системой подэтажного обрушения с послойным торцовым выпуском руды (SU 581283 A1, 30.11.1977), предусматривающий создание над выпускным отверстием зоны руды с кусками большей крупности. Способ обеспечивает снижение разубоживания руды над выпускным отверстием за счет более плавного опускания верхнего контакта руда-порода и увеличения объема извлекаемой руды до начала разубоживания.
Однако данный способ не устраняет главный источник потерь и разубоживания - торцовый контакт руды с обрушенной породой. Эту часть потерь и разубоживания можно сократить в разы, перейдя от отработки слоями к выемке столбами большей мощности (по 4-6 слоев).
Наиболее близким к изобретению является способ отработки рудных тел столбами шестигранной формы, близкой к эллипсоидам чистой руды (SU 1314065 А1, 30.05.1987), в котором блок разделяется на панели, в каждой из которых проходятся выпускная и буровая выработки. Панель последовательно отрабатывается столбами. Выработки на смежных этажах располагаются в шахматном порядке, что обеспечивает извлечение руды «мертвой» зоны верхних этажей. Столб разбуривается из буровой выработки круговыми веерами скважин, нижняя часть которых ориентирована вертикально вниз, а верхняя наклонена под углом истечения отбитой руды в сторону массива, равным 45° - ϕ/2, где ϕ - угол внутреннего трения отбитой руды. Столб отбивается на обрушенную породу отработанного столба или отрезную щель. При отбойке верхних наклонных полувееров совместно с ними отбивается и угловая часть следующего столба до его оси. Для совмещения выпускного отверстия с осью столба его нижняя угловая часть отрабатывается слоями, наклоненными в сторону обрушения под углом истечения отбитой руды. Отбитая в объеме шестигранной части столба руда выпускается из стационарного пункта. После этого отрабатывается наклонными слоями оставшийся выступ в основании столба совместно с угловой частью следующего столба до его оси, тем самым переносится стационарный пункт выпуска и отрабатывается следующий столб. Недостатками данного способа являются:
- низкая интенсивность разбуривания столба, осуществляемого только из одной буровой выработки;
- перегруженность скважин в круговом веере, приводящая к отклонениям от оптимального паспорта буровзрывных работ (БВР) и снижению качества отбойки;
- излишне большой объем бурения, так как суммарная длина скважин в круговом веере значительно больше, чем при бурении из оптимально расположенных нескольких выработок;
- производительность бурения нисходящих скважин ниже, чем восходящих из-за трудности очистки их от шлама;
- осыпание стенок нисходящих скважин при взрывных работах затрудняет качественное их заряжание, что приводит к неконтролируемому выходу негабарита;
- характерная для отбойки круговыми веерами скважин решетчатая структура отбитой руды приводит к хаотичной ее сегрегации по крупности и качеству, что увеличивает потери обогащенной рудной мелочи и разубоживание вследствие фильтрации сверху мелких фракций породы в руду;
- при отработке выположенных и выклинивающихся участков рудных тел на днище нижнего этажа теряются значительные запасы неотбитых околоштрековых целиков и обогащенной руды в «мертвых» зонах;
- плоская торцовая грань столба не совпадает с выпуклой в горизонтальном сечении формой эллипсоида чистой руды (ЭЧР), что является причиной дополнительных потерь и разубоживания на торцовом контакте с обрушенной породой.
Техническим результатом изобретения является повышение полноты и качества извлечения руды, а также интенсивности отработки месторождений, для которых характерно выположенное или выклинивающееся оруденение.
Технический результат достигается следующим образом.
Способ отработки рудных тел столбами шестигранной формы, близкой к эллипсоидам чистой руды, включает проходку выпускной и буровой выработок, разбуривание столба веерами скважин, формирование нижнего торцового скоса столба до оси выпуска путем отработки слоев, наклоненных в сторону обрушения под углом движения отбитой руды, равным 45° - ϕ/2, где ϕ - угол внутреннего трения отбитой руды, отбойку столба совместно с формированием верхнего скоса в следующем столбе, массовый торцовый выпуск руды из стационарного отверстия и отработку наклонными слоями оставшегося выступа совместно с нижней угловой частью следующего столба до оси последнего.
Отличие способа заключается в том, что проходят по границам смежных столбов на уровне кровли выпускных выработок дополнительную буродоставочную выработку, из которой отбойкой скважин путем недозаряжания их устьев формируют боковые скосы столба под углом 45° - ϕ/2, придавая периметру основания столба воронкообразную форму, при этом путем дифференцирования параметров буровзрывных работ формируют посередине столба на всю его толщину и высоту зону крупнокусковой руды, имеющую решетчатую структуру, а в боковых частях столба формируют зоны руды мелкого дробления.
Формирование зоны крупнокусковой руды (ККР) на всю толщину и высоту столба и создание по его бокам зоны руды мелкого дробления (РМД) уменьшает скорость истечения руды посередине ЭЧР и увеличивает ее в боковых частях, тем самым вызывает направленную трехстороннюю деформацию ЭЧР, приближая его к форме отбитого столба. В итоге возрастает общая ширина ЭЧР, что позволяет увеличить расстояние между всеми выработками в блоке и пройти почти без прироста затрат дополнительную буро-доставочную выработку, выполняющую ряд новых функций.
Боковые части в торце ЭЧР в горизонтальном сечении, расширяясь, приближаются к плоской грани столба, обеспечивая снижение потерь и разубоживания руды на торцовом контуре. В купольной части ЭЧР раздваивается, повторяя изгиб верхнего контакта с обрушенной породой, что также повышает полноту и качество извлечения руды. Кроме того зона ККР, имеющая решетчатую структуру, становится аккумулятором и проводником богатых мелких фракций руды, превращая сегрегацию в управляемый процесс и сберегая их от потерь.
Повышение интенсивности и качества отбойки достигается за счет исключения бурения нисходящих скважин и оптимизации объема бурения путем проходки дополнительной буро-доставочной выработки, располагаемой на границе смежных столбов, что позволяет в 3 раза увеличить количество пунктов одновременного бурения скважин.
В условиях отработки выположенного или выклинивающегося оруденения буро-доставочная выработка становится единственным средством отработки надштрекового целика и оставшейся на нем обогащенной руды «мертвой» зоны.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 и 2 приведены схемы определения конструктивных элементов и параметров отрабатываемого столба и общая технологическая схема его отработки в продольном разрезе А-А и в поперечном разрезе Б-Б соответственно, фиг. 3, 4 и 5 иллюстрируют различные элементы и этапы осуществления способа и происходящие при этом процессы.
На фигурах показаны выпускная и буровая выработки 1, 2 соответственно, контур 3 оруденения, дополнительная буродоставочная выработка 4 (БДВ 4), подвижка 5 столба от разрыхления, недеформированный (по прототипу) эллипсоид 6 чистой руды (ЭЧР 6), оси 7 и 8 смежных столбов, нижний и верхний угловые скосы 9 и 10 столбов соответственно, верхний угловой скос 11 следующего смежного столба, толщина «Ь» столба, равная расстоянию между осями 7 и 8 смежных столбов, стационарное выпускное отверстие 12, недозаряд 13 скважин, боковые скосы 14 смежного столба, впадина 15 в верхней части столба, зона 16 крупнокусковой руды (ККР), зоны 17 руды мелкого дробления (РМД), раздвоенная двухкупольная форма 18 ЭЧР с прогибом 19 купольной части эллипсоида, зона 20 прироста извлечения чистой руды в верхней части столба, защитный слой 21 уплотненной и обогащенной руды в верхней части столба, торцовый контакт 22 руды с обрушенной породой (по прототипу), деформированный эллипсоид 23 чистой руды (ЭЧР 23) на торцовых контактах столба, зона 24 прироста извлечения чистой руды на торцах столба, направление 25 опережающего движения мелких обогащенных фракций руды из зоны 16 в зону 17, выступ 26 в основании шестигранной части столба, нижний угловой скос 27 следующего столба, надштрековый целик 28, обогащенная руда «мертвой» зоны 29. Способ осуществляется следующим образом. В столбе руды проходится выпускная и буровая выработки 1,2. Расстояние между соответствующими выработками смежных столбов, как и ширина столбов, выбирается из условия касания ЭЧР. По сравнению с прототипом это расстояние больше на величину прироста малой оси «а» ЭЧР, достигаемого в изобретении. Толщина столба «Ь» меньше малой оси «а» ЭЧР на величину подвижки 5 от разрыхления.
Между смежными столбами по контуру 3 оруденения проходят дополнительную БДВ 4.
Очистные работы начинают с формирования шестигранников путем послойной отработки нижнего и верхнего угловых скосов 9 и 10, наклоненных под углом истечения отбитой руды в сторону массива, равным 45° - ϕ/2, где ϕ - угол внутреннего трения отбитой руды.
Далее продолжают отбойку наклонными под указанным углом слоями верхнего подэтажа вплоть до оси 8 следующего смежного столба. Тем самым образуется верхний угловой скос 11 следующего столба и закладываются основы для формирования очередного шестигранника.
Следующий шаг в подготовке столба к массовому выпуску заключается в обрушении нижней его части на всю толщину «b» с оставлением выступа 26 в основании столба (фиг. 1). Этим добиваются совмещения стационарного выпускного отверстия 12 с осью столба.
Аналогичную подготовку осуществляют и в поперечном направлении (фиг. 2). Отбойкой скважин из БДВ 4 с их недозарядом 13 формируют боковые скосы 14 смежного столба, замыкая периметр воронки в нижней его части, чем создают близкие к идеальным условия выпуска руды столба практически без потерь и разубоживания.
Исключение составляет верхняя часть столба, где после отработки надштрекового целика и гребня «мертвой» зоны верхнего этажа образуется прогиб 15 контакта столба с обрушенной породой. Выправляют положение формируемые посередине столба зона 16 ККР, а по бокам столба зоны 17 РМД. За счет перераспределения скоростей истечения руды боковые части ЭЧР 6 получают опережающее развитие, и верхняя часть ЭЧР 6 приобретает раздвоенную двух-купольную форму 18 (фиг. 4), при которой прогиб 19 ЭЧР совпадает с впадиной 15 в гребне верхнего этажа. Это создает идеальные условия для увеличения извлечения чистой руды и минимизации потерь и разубоживания на верхнем контуре.
Этому способствует также формирование над раздвоенной формой 18 верхней части ЭЧР защитного слоя 21 уплотненной и обогащенной руды.
Создание зоны 16 ККР благотворно влияет и на изменение конфигурации ЭЧР 6 в горизонтальном сечении (фиг. 3). Большее развитие боковых частей ЭЧР 6 спрямляет торцовый контакт руды с обрушенной породой, при этом на торцовых контактах столба формируется деформированный эллипсоид 23 чистой руды (ЭЧР 23), что обеспечивает создание на торцах столба зоны 24 прироста извлечения чистой руды относительно извлечения чистой руды, соответствующего недеформированному (по прототипу) ЭЧР 6.
В повышение полноты и качества извлечения руды существенный вклад вносит и управляемая сегрегация руды по крупности и качеству. Зона 16 ККР имеет решетчатую структуру, а зоны 17 РМД - сплошную. В процессе выпуска в образующиеся полости между крупными кусками зоны 16 в направлении 25 просачиваются мелкие обогащенные фракции РМД из зон 17. Таким образом зона 16 ККР становится аккумулятором и проводником богатых фракций, сберегая их от потерь.
После полного выпуска руды шестигранной части столба наклонными слоями совместно отрабатываются выступ 26 в основании этого столба и нижний скос 27 смежного столба, тем самым стационарное выпускное отверстие 12 переносится в очередной столб. На заключительном этапе на БДВ отрабатывается надштрековый целик 28 вместе с обогащенной рудой «мертвой» зоны 29.
Изобретение позволяет в сложных горно-геологических условиях - при выположенном или выклинивающемся оруденении - повысить показатели извлечения руды и интенсивность отработки месторождения.