Способ отработки рудных тел
METHOD OF MINING ORE BODIES

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может применяться при отработке месторождений с выположенным или выклинивающемся оруденением.
Известен способ отработки рудных тел столбами шестигранной формы, приближающейся к конфигурации эллипсоида чистой руды и способствующей повышению показателей извлечения [SU №1314065, опубл. 30.05.1987]. Его недостатком являются повышенные потери и разубоживание на контакте смежных в поперечном разрезе столбов, где обеспечить шестигранную форму не удается. Кроме того, эффективность способа резко падает в условиях отработки выположенных или выклинивающихся рудных тел, т.к. на днище нижнего этажа остается высокий гребень руды «мертвой» зоны, который дорабатывается отдельно с худшими показателями извлечения.
Наиболее близким к изобретению является способ отработки выположенных рудных тел столбами шестигранной формы [Заявка на изобретение №2022117209, 27.06.2022 г., 07.11.2022 г. выдан патент], включающий проходку в каждом столбе выпускной и подэтажной буровой выработок, и по границе между смежными столбами - буро-доставочной выработки (БДВ), разбуривание столба веерами скважин по разреженной сетке над выпускной выработкой (ВВ) без увеличения расстояний между расходящимися концами скважин, формирование нижнего торцового скоса столба до его оси путем отработки слоев, наклоненных под углом истечения отбитой руды 45° - ϕ/2, где ϕ - угол внутреннего трения отбитой руды, формирование нижних боковых скосов столба под углом 45° - ϕ/2 путем отбойки из БДВ с недозаряжанием устьев скважин, отбойку верхней части столба совместно с угловым скосом следующего столба, при этом путем дифференцирования параметров буровзрывных работ формируют посередине столба на всю его толщину и высоту зону крупнокусковой руды (ККР), имеющей решетчатую структуру, не допуская увеличения выхода негабарита, а в боковых частях столба создают зоны руды мелкого дробления, что позволяет расширить и деформировать эллипсоид чистой руды (ЭЧР). Массовый торцовый выпуск осуществляют из стационарного отверстия, после чего наклонными слоями отрабатывают оставшийся в основании столба выступ совместно с нижней угловой частью следующего столба до его оси. В последнюю очередь на буродоставочной выработки отрабатывают слоями надштрековый целик с рудой «мертвой» зоны. Положительный эффект данного способа заключается в повышении показателей извлечения руды в продольном разрезе за счет увеличения объема и деформирования эллипсоида чистой руды, и управления сегрегацией руды, сберегающей от потерь часть обогащенных мелких фракций руды. Недостатки способа:
- последовательная отработка отдельными столбами снижает интенсивность выемки и увеличивает количество боковых контактов с обрушенной породой, являющихся источником дополнительных потерь и разубоживания;
- боковые скосы формируются только в основании столба, тогда как верхние угловые его части являются источником потерь и разубоживания;
- узкая полоса крупнокусковой руды и постоянная ее ширина не позволяют оптимально в трех направлениях деформировать эллипсоид чистой руды и минимизировать потери и разубоживание;
- потенциал управляемой сегрегации руды не используется полностью, так как ограничен узкой полосой крупнокусковой руды и не сберегает от потерь значительную часть богатых фракций руды;
- послойная отработка во вторую очередь надштрековых целиков с рудой «мертвой» зоны сопряжена с повышенными потерями и разубоживанием, а также снижает интенсивность выемки;
- формирование боковых скосов в основании столба путем недозаряжания скважин влечет потерю части из них и необходимость перебуривания;
- выбор ширины столба из условия касания эллипсоида чистой руды вызывает большое различие скоростей истечения руды по ширине потока, что приводит к быстрому внедрению в воронку разубоживающей породы;
- высокое формирование зоны потока - от кровли выпускной выработки - вызывает увеличение «мертвой» зоны;
- выпуск и отгрузка руды осуществляются, преимущественно, по оси выпускной выработки, что усугубляет различие скоростей истечения руды по ширине потока;
- на почве, особенно в углах выпускной выработки, теряется значительное количество обогащенной мелкой руды.
Концептуальный недостаток способа по прототипу состоит в том, что на разные условия развития фигуры чистой руды в различных направлениях пытаются воздействовать с помощью одного средства - придания столбу шестигранной формы и в поперечном, и в продольном разрезах. В действительности шестигранник удается сформировать только в продольном разрезе, а в поперечном разрезе создать только нижние боковые скосы, тогда как в верхней части столба боковые углы остаются за пределами эллипсоида чистой руды и лишь частично извлекаются с большим разубоживанием, кроме того, многофакторную по своей природе проблему повышения показателей извлечения руды пытаются решить ограниченным числом полумер. В частности, пытаются добиться оптимального трехстороннего деформирования эллипсоида чистой руды путем использования узкой полосы крупнокусковой руды неизменной ширины и формы, хотя сама по себе идея дифференцированного дробления руды инновационна и патентоспособна.
Совокупность недостатков способа определила сущность решаемой изобретением технической проблемы, в которой выделено два целевых аспекта: 1) устранение (или, по крайней мере, существенное сокращение) источников потерь и разубоживания в условиях отработки выположенных или выклинивающихся месторождений; 2) повышение интенсивности отработки месторождений.
Генеральная цель изобретения - создать многофункциональный способ, обеспечивающий в сложных условиях залегания месторождений радикальное снижение потерь и разубоживания, и повышение интенсивности отработки на основе управляемого торцового выпуска.
Задачи, реализующие генеральную цель: 1) удвоение отрабатываемых столбов и объединение смежных в поперечном сечении эллипсоидов чистой руды с образованием формы, близкой к прямоугольной, то есть к форме отбитой руды; 2) образование зоны крупнокусковой руды переменной формы и ширины для многовекторного воздействия на параметры эллипсоидов чистой руды и полного аккумулирования и сбережения мелких фракций обогащенной руды; 3) Выполнение комплекса дополняющих процессов и операций, усиливающих положительный эффект от главных решений.
Реализация указанных задач меняет концепцию технологии. Вместо обеспечения касания смежных эллипсоидов чистой руды по прототипу требуется их пересечение с образованием зоны удвоенных скоростей истечения руды. Благодаря этому условию реализуется более эффективный способ приближения формы сдвоенных эллипсоидов чистой руды к прямоугольной в поперечном разрезе конфигурации отбитой руды. Причем встречное сближение форм смежных эллипсоидов и спаренных столбов дополняется комплексным воздействием усиливающих процессов и операций. Достижение генеральной цели обеспечивается не единичным влиянием каждой инновации на результат, а совокупным вкладом всех взаимодополняющих решений.
Технический результат изобретения состоит в повышении показателей извлечения руды путем придания столбам в продольном разрезе шестигранной формы, близкой к эллипсоиду чистой руды, а в поперечном разрезе - путем приближения смежных эллипсоидов чистой руды посредством их деформирования к прямоугольной форме столбов, а также в повышении интенсивности отработки месторождений в сложных условиях залегания путем перехода к выемке сдвоенными столбами и устранения необходимости отработки во вторую очередь надштрековых целиков с рудой «мертвой» зоны.
Технический результат достигается следующим образом. Способ отработки рудных тел включает проходку в каждом столбе выпускной и подэтажной буровой выработок, и по границе между смежными столбами буро-доставочной выработки, разбуривание столба веерами скважин по разреженной над выпускной выработкой сетке, формирование нижнего торцового скоса столба путем отработки до его оси слоями, наклоненными под углом 45°- ϕ/2 (ϕ - угол внутреннего трения отбитой руды), образование по всей высоте и толщине столба зоны крупнокусковой руды, имеющей решетчатую структуру, массовый торцовый выпуск из стационарного отверстия, отработку оставшегося в основании столба выступа совместно с угловой частью следующего столба.
Отличается способ тем, что отработка осуществляется сдвоенными столбами, устраняющими один контакт с обрушенной породой, а сближенным и деформированным эллипсоидам чистой руды придается в поперечном разрезе форма, близкая к прямоугольной, что устраняет необходимость выемки во вторую очередь надштрековых целиков с рудой « мертвой» зоны и повышает интенсивность отработки месторождений с выположенным или выклинивающимся оруденением, при этом зона крупнокусковой руды создается переменной формы и ширины с увеличением ее нижней части до 3/4 ширины столба, сужением средней части, обеспечивающим спрямление боков эллипсоида чистой руды, и приданием верхней части зоны крупнокусковой руды формы воронки, расширяющей площадь аккумулирования и сбережения богатых фракций руды, кроме того, для усиления положительного эффекта выполняется арсенал дополняющих процессов и операций: расширяется торец выпускной выработки, устанавливаются распорные колонки по оси выпускной выработки, смещается отгрузка руды к бортам выпускной выработки, формируется область удвоенных скоростей истечения руды путем пересечения эллипсоидов чистой руды, вымываются из углов выпускной выработки обогащенные фракции руды.
Сущность изобретения заключается в обоюдной встречной адаптации форм сдвоенных столбов и смежных эллипсоидов чистой руды, но нацеленных на разные эталоны: в продольном разрезе - на шестигранник, а в поперечном разрезе - на прямоугольник, что в условиях отработки выположенных или выклинивающихся месторождений решает оба целевых аспекта проблемы -повышение показателей извлечения руды и увеличение интенсивности выемки.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 и 2 показана схема преобразования в продольном разрезе прямоугольной формы столба в шестигранную, наиболее близко совпадающую с эллипсоидом чистой руды; фиг. 3 демонстрирует в поперечном разрезе способ приближения деформированием смежных эллипсоидов чистой руды к прямоугольной форме сдвоенных столбов; фиг. 4 иллюстрирует на примере ключевой признак способа - многократное сокращение «мертвой» зоны, как условие отказа от автономной отработки во вторую очередь надштрекового целика с оставшейся на нем рудой «мертвой» зоны; на фиг. 5 представлены дополняющие процессы и операции, усиливающие положительный эффект способа.
На чертежах показаны выпускная 1, буровая 2 и буро-доставочная 3 выработки, эти же выработки 1', 2 и 3' - по прототипу, контур 4 оруденения, нижний и верхний угловые скосы 5 и 6 столба, верхний угловой скос следующего 7 столба, эллипсоид чистой руды 8 в продольном разрезе, треугольник 9 руды, не попадающий в эллипсоид чистой руды, который в процессе выпуска опускается 10 на выступ 11 и частично извлекается с разубоживанием при отработке выступа, нижний угловой скос 12 следующего столба, стационарное выпускное отверстие в продольном разрезе 13, скважины для послойной отработки 14 выступа 11 совместно с нижним скосом 12 следующего столба, совмещенная ось 15 столба и эллипсоида чистой руды, ось следующего 16 столба, спрямленная часть 17 эллипсоида чистой руды, совпадающая с торцовой гранью столба, обрушенная порода 18, боковой контакт 19 столба с обрушенной породой, скважины в нижней 20, средней 21 и верхней 22 частях столба, пробуренные по разреженной сетке, скважины в боковой 23 зоне столба, пробуренные по сгущенной сетке, нижняя расширенная 24, средняя суженная 25 и верхняя воронкообразная 26 части зоны крупнокусковой руды, пересекающиеся деформированные 27 эллипсоиды чистой руды в поперечном разрезе, руда «мертвой» 28 зоны, руда «мертвой» зоны по прототипу 28', защитный слой 29 обогащенной руды, расширение торца 30 выпускной выработки, распорные колонки 31, замедляющие истечение руды по оси выпускной выработки и укрепляющие выступ 11, касающиеся 27' эллипсоида чистой руды по прототипу, эпюры скоростей 33 истечения руды в каждом из пересекающихся эллипсоидов чистой руды, эпюра суммарных 34 скоростей истечения руды в зоне пересечения эллипсоидов чистой руды, стационарное выпускное отверстие в плане в форме щели 35, смещение отгрузки 36 руды к бортам выпускной выработки.
Способ осуществляется следующим образом. В столбе проходят выпускную 1 и буровую 2 выработки. Расстояние между смежными выпускной выработками выбирается исходя из условия пересечения в поперечном разрезе эллипсоидов чистой руды и ограничивается только устойчивостью пород. Буродоставочная 3 выработка освобождается от функции отработки надштрекового целика (как по прототипу), поэтому располагается исходя из удобства разбуривания смежных столбов, планируемых к совместной отработке (фиг. 3).
Ключевым параметром при проектировании отработки является высота этажа от контура 4 оруденения. Большая ось эллипсоида чистой руды принимается равной высоте этажа. Из известного соотношения осей эллипсоида чистой руды, которое имеет конкретное значение для каждого месторождения, определяется оптимальная, с учетом разрыхления при отбойке, толщина столба в продольном разрезе. Исходя из наилучшего вписывания эллипсоида чистой руды 8 в шестигранник (фиг. 1), определяются параметры верхнего 6 и нижнего 5 скосов столба. Отработкой из выпускных выработок 1 слоев, наклоненных под углом 45° - ϕ/2, и отбойкой из буровой 2 выработки до оси 16 формируются угловые скосы 5 и 7 столба, как показано на фиг. 1. После чего обрушают оставшуюся шестигранную часть столба и выпускают из стационарного отверстия 13, что обеспечивает минимальные в продольном разрезе потери и разубоживания. После полного выпуска руды шестигранника слоями 14 отрабатываются совместно выступ 11 и угловой скос 12, тем самым формируется шестигранник в следующем столбе.
В прототипе идея отработки шестигранниками частично применена и в поперечном разрезе. Но она столкнулась с рядом недостатков, отмеченных выше при оценке прототипа.
В способе по изобретению отработка в поперечном разрезе осуществляется прямоугольником, получаемым путем деформирования сближенных 27 эллипсоидов чистой руды (фиг. 3), который точнее отвечает выположенному или выклинивающемуся контуру 4 оруденения. Для реализации этой идеи сближаются выпускные выработки 1, что обеспечивает пересечение смежных 27 эллипсоидов чистой руды и удвоение 34 скоростей истечения руды в пересекающихся частях эллипсоидов чистой руды (фиг. 4). Это замедляет разубоживание сверху и увеличивает извлечение чистой руды по сравнению с прототипом. Одновременно в разы (в условиях примера - фиг. 4 - в 3.2 раза) сокращается высота гребня 28' в «мертвой» зоне, что позволяет отказаться от автономной отработки во вторую очередь надштрекового целика с рудой «мертвой» зоны. Этому же способствует заглубление выпускных выработок 1 ниже контура оруденения 4.
Для оптимизации деформирования эллипсоидов чистой руды способ предусматривает дифференциацию формы и размеров зоны крупнокусковой руды. В нижней части столба 24 ширина этой зоны увеличивается до 3/4 ширины столба, что расширяет основание эллипсоида чистой руды, в средней части 25 зона крупнокусковой руды сужается, что способствует спрямлению боков эллипсоида чистой руды. В итоге форма двух пересекающихся смежных 27 эллипсоидов чистой руды практически повторяет прямоугольник сдвоенных столбов (фиг. 3), минимизируя потери и разубоживание в поперечном разрезе. Верхней части зоны крупнокусковой руды придается форма воронки 26, перекрывающей почти весь столб, что позволяет максимально охватить траектории мелких более богатых фракций руды, сберегая их от потерь. Обогащенный слой руды 29 на днище верхнего этажа защищает от фильтрации мелкой породы сверху, а боковая зона руды мелкого дробления, образуемая отбойкой сгущенных скважин 23 и имеющая сплошную структуру, противостоит боковому разубоживанию на контакте 19 с обрушенной породой.
Усилению положительного эффекта служит комплекс дополняющих операций и процессов: расширение торцов выпускной выработки 30, смещение отгрузки 36 руды к бортам выпускной выработки и вымывание богатой рудной мелочи из углов выпускной выработки, что обеспечивает расширение и понижение уровня формирования 27 эллипсоидов чистой руды; установка по оси выпускной выработки распорных колонок 31 и пересечение 27 эллипсоидов чистой руды способствуют нивелированию скоростей истечения руды по ширине потока 34 и снижению разубоживания сверху.
Распорные колонки для устойчивости шарнирно сдвоены. Они устанавливаются с помощью гидравлической системы погрузочной машины. В случае ослабления одной из колонок сила распора поочередно увеличивается. При образовании устойчивых зависаний колонки могут быть временно перемещены к одному из бортов выпускной выработки для доступа ковша погрузмашины. Стационарное выпускное отверстие в плане трансформируется в увеличенную щель 35, обеспечивающую высокую интенсивность выпуска.
Наряду со снижением потерь и разубоживания положительный результат изобретения проявляется также в повышении интенсивности отработки месторождений сложного залегания за счет сдвоения совместно отрабатываемых столбов и устранения выемки во вторую очередь надштрековых целиков с рудой «мертвой» зоны.