Способ извлечения запасов полезного ископаемого из целиков
METHOD OF EXTRACTION OF MINERALS OF PILLARS

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при выемке полезного ископаемого из целиков, оставленных при ведении горных работ подземным способом.
Известен способ отработки междукамерных целиков системами разработки с обрушением руды и вмещающих пород, включающий послойную отбойку и выпуск отбитой руды через воронки на откаточный горизонт. При этом образуют компенсационную камеру с оставлением опорных целиков по двум его боковым сторонам, затем отбивают слой руды над потолочиной компенсационной камеры и после выпуска отбитой руды обивают слой такой же мощности от нижней части опорных целиков с последующим выпуском отбитой руды [Авторское свидетельство СССР №569712 «Способ разработки рудных месторождений», 1977 г.].
Недостатками способа являются значительные засорение и потери руды вследствие смешения ее с породой в момент взрыва, а также в связи со сложностью выпуска рудной массы, находящейся на лежачем боку залежи.
Известен способ отработки целиков, включающий проходку подготовительно-нарезных выработок в почве панели, закладку выработанного пространства закладочным материалом, бурение скважин в целиках с последующим размещением в них зарядов ВВ и их взрыванием, выпуск руды на подготовительные выработки. При этом с целью снижения разубоживания горной массы, повышения безопасности горных работ и эксплуатации объектов на земной поверхности подготовительно-нарезные выработки проходят в породах почвы после гидрозакладки выработанного пространства хвостами обогащения и удаления из них жидкой фракции, и после разрушения целиков под выпуском разрушенной горной массы образуют у кровли выработанного пространства технологические пространства, а основную часть разрушенной горной массы выпускают равномерно в направлении от центра панели к ее флангам после заполнения закладкой образованных технологических пространств и усадки закладки [Авторское свидетельство СССР №1266989 «Способ отработки целиков», 1980].
Недостатком данного способа является низкая эффективность горных работ, что связано с повышением затрат на производство дополнительных подготовительных выработок и полной закладкой выработанного пространства, с одной стороны, а с другой стороны - заниженными объемами добываемой руды.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ отработки междукамерного целика, включающий массовое обрушение вмещающих пород на днище камер с воронками выпуска, бурение и взрывание скважин в массиве междукамерного целика, обрушение запасов руды целика и выпуск отбитой руды под защитой естественного перекрытия, при этом центральную часть массива междукамерного целика обрушают и магазинируют внутри образованной П-образной пространственной конструкции, которую формируют из ограждающих целиков со стороны смежных выработанных пространств и потолочины, после отрезки П-образной конструкции от пород висячего и лежачего боков производят ее перемещение по вертикали путем послойной отбойки руды ограждающих целиков и выпуска ранее замагазинированной руды, предотвращение засорения руды при отбойке ножек П-образной конструкции достигается ранее образованными рудными сопряжениями с основанием междукамерного целика [Патент РФ №2010972 «Способ отработки междукамерного целика», 1994 г. (прототип)].
К недостаткам данного способа относят большие потери, а также трудности в управлении устойчивостью образующихся выработанных пространств.
Целью изобретения является повышение эффективности горных работ при извлечении запасов из оставленных при подземной добыче междукамерных и барьерных целиков, а также снижение потерь полезного ископаемого за счет формирования свода в горизонтальном сечении и использования сил сжатия целика в горизонтальном направлении вместо его растяжения.
Указанная цель достигается повышением устойчивости целиков за счет создания выработанного пространства (камер) цилиндрической формы - круглого в горизонтальном сечении.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг. 1 изображен столбчатый целик, на Фиг. 2 - его горизонтальное сечение, на Фиг. 3 - созданное выработанное пространство в целике, на Фиг. 4 - его горизонтальное сечение.
Способ реализуется следующим образом.
При подземной разработке месторождений полезных ископаемых вскрытие оставленных ленточных целиков осуществляют из выработок, пройденных в кровле целиков. Затем в ленточных целиках в нисходящем порядке создают камеры цилиндрической формы. При этом повышение несущей способности происходит за счет действия сил бокового распора. Кроме того, при оценке действующих напряжений, испытываемых целиками, учитывают расположение ленточных целиков в шахтном поле.
Главное напряжение в вертикальном направлении определяется весом пород вышележащей толщи и плотностью (объемным весом) покрывающих пород (Фиг. 1):
i
3
где γ - объемный вес i-го слоя пород, т/м;
i
h - мощность i-го слоя, м;
Н - глубина рассматриваемой точки от дневной поверхности, м;
н
н
н
k - коэффициент неоднородности распределения напряжение вблизи горной выработки; в зоне повышенного горного давления k=2; в зоне разгрузки k=0,5.
Так, в случае расположения ленточных целиков в зоне повышенного горного давления (как правило, это барьерные целики), действующие напряжения в 4 раза выше напряжений в целиках, расположенных в зоне разгрузки (междукамерные целики).
1
2
3
Каждый элементарный объем под действием вертикального гравитационного напряжения σ будет испытывать деформации сжатия в вертикальном и деформации растяжения в горизонтальных направлениях (Фиг. 1, 2). Однако последним препятствует реакция окружающих пород, в результате чего возникают горизонтальные сжимающие напряжения σ и σ, численно равные
2
3
1
σ=σ=ξσ,
где ξ - коэффициент бокового давления (коэффициент бокового отпора), показывающий, какую часть вертикальной нагрузки, действующей в рассматриваемой точке массива, составляют силы или напряжения, действующие в вертикальной плоскости.
1
2
3
При нагружении целики испытывают сжатие вдоль вертикальной оси - σ, при этом возникают силы бокового отпора, σ и σ, которые разрушают целик, то есть реализуются растягивающие силы вместо сил сжатия. Это приводит к разрушению оставленного целика, поскольку сопротивление горных пород растяжению в несколько раз меньше, чем сжатию.
Принимая свойства горного массива, состоящего из структурных единиц с определенной степенью связности, свойства некоторой условной сыпучей среды, образующийся свод естественного равновесия приобретает устойчивую форму. При этом нагрузка от вышележащей части массива горных пород не передается внутрь этого свода.
2
3
Для повышения несущей способности выработанному пространству придают форму свода в горизонтальном сечении (Фиг. 3, 4). При этом массив испытывает горизонтальные сжимающие силы σ и σ, образуется так называемый некоторый свод естественного равновесия в плане, обеспечивающий устойчивое состояние горной конструкции. При этом целик сохраняет свою несущую способность и обеспечивается требуемый уровень полноты его отработки.
Отбойку и выпуск отбитой руды осуществляют на откаточный горизонт. Возможно применение системы с закладкой выработанного пространства.
Схема расположения цилиндрических камер принимается в соответствии с обеспечением несущей способности и полноты отработки целика.
При этом должно обеспечиваться условие устойчивости выработанного пространства, исходя из соотношения:
1
сж
σ<σ,
сж
где σ - временное сопротивление горных пород сжатию, МПа.
Таким образом, способ извлечения запасов полезного ископаемого из целиков при подземной разработке месторождений полезных ископаемых включает надработку оставленных целиков подготовительными нарезными выработками, отбойку и выпуск отбитой руды на откаточный горизонт, при этом выработанному пространству придают цилиндрическую форму для повышения несущей способности массива горных пород и расположенных в нем выработок за счет использования сил сжатия целика в горизонтальном направлении вместо его растяжения.
Способ позволяет повысить эффективность горных работ при извлечении запасов из оставленных при подземной добыче междукамерных и барьерных целиков, а также снизить потери полезного ископаемого за счет использования сил сжатия целика в горизонтальном направлении вместо его растяжения.