СПОСОБ РАЗРАБОТКИ МОЩНОГО ПОЛОГОГО ПЛАСТА ПОЛЕЗНОГО ИСКОПАЕМОГО
METHOD FOR DEVELOPMENT OF A THICK GENTLY SLOPING BED OF MINERAL DEPOSIT

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной разработке мощных пологих пластов полезных ископаемых.
Известен способ разработки мощного пласта полезного ископаемого с разделением на наклонные слои (Б.Ф. Братченко, М.И. Устинов, Л.Н. Гапанович. Способы вскрытия, подготовки и системы разработки шахтных полей. - М.: Недра, 1985. с. 175), включающий разделение пласта полезного ископаемого на выемочные участки (панели), а в пределах панелей на два слоя, параллельные плоскостям напластования пород и отрабатываемые в нисходящем порядке. Подготовку слоев полезного ископаемого к отработке осуществляют путем проведения подготовительных выработок, отработку столбов полезного ископаемого проводят лавами обратным ходом от границ выемочных участков к основным подготовительным выработкам.
Недостатками данного способа являются значительные объемы горнопроходческих работ.
Известен способ разработки мощного пологого пласта (Нормативные и методические документы по ведению горных работ на Старобинском месторождении калийных солей. - Слуцкая типография, 1995, с. 129-134), включающий разделение пласта на два слоя, параллельные плоскостям напластования пород и отрабатываемые в нисходящем порядке, подготовку столбов полезного ископаемого к отработке путем проведения подготовительных выработок, отработку столбов полезного ископаемого лавами обратным ходом от границ выемочных участков к основным подготовительным выработкам.
Недостатком данного способа также является большой объем проходческих работ.
Известен способ отработки сближенных пологих пластов (патент RU 2039261 C1, 07.09.1995), включающий разработку свиты из двух пологих пластов, подготовку столбов полезного ископаемого к отработке путем проведения подготовительных выработок, отработку пластов осуществляют одновременно с опережением верхней лавы на величину, равную двойному расстоянию междупластья, с прямоточным проветриванием на каждом пласте и с сохранением вентиляционных выработок.
Недостатком данного способа является необходимость синхронизации одновременной работы в двух лавах на сближенных пластах, потери запасов в междупанельных целиках и большой удельный объем подготовительных работ.
Известен способ слоевой выемки калийных пластов (Инструкции по применению систем разработки на Старобинском месторождении. г. Солигорск, 2010, c. 61-63) с большим (свыше 400 м) опережением очистных работ в слоях и расположением панельных выработок в ненадработанном массиве, включающий одновременную работу лав, а также использование для верхней и нижней лав общих панельных выработок.
Данный способ предусматривает предварительную проходку подготовительных выработок.
Недостатками данного способа являются большие потери запасов в междупанельных целиках и большой удельный объем подготовительных работ. Помимо этого, оставление широких целиков способствует образованию опасных зависаний пород, оказывающих динамическое воздействие на нижнюю лаву.
Известен способ разработки мощного пологого пласта полезного ископаемого (Способ разработки мощного калийного пласта на больших глубинах BY 8196, 30.06.2006), принимаемый за прототип, включающий разделение пласта на панели, а в пределах панели на два слоя, параллельные плоскостям напластования пород, подготовку слоев к отработке путем проведения подготовительных выработок, последовательную отработку слоев в нисходящем порядке лавами при отработке верхней лавой в направлении к границе панели, а нижней лавой в противоположном направлении.
Недостатками является большой объем проходческих работ, для каждой лавы по верхнему и нижнему слоям проходят свои подготовительные выработки и увеличение потерь полезного ископаемого из-за сокращения длины нижней лавы.
Техническим результатом является повышение эффективности добычи путем сокращения количества подготовительных выработок за счет их повторного использования при отработке обоих слоев и повышения извлекаемости полезного ископаемого за счёт сохранения одинаковой длины лав на обоих слоях.
Технический результат достигается тем, что подготовительные выработки вентиляционный и откаточный штреки используют при отработке верхнего и нижнего слоев и проводят на соответствующих концевых участках лавы на расстоянии, которое не меньше ширины защитной зоны и высотой от почвы нижнего слоя до почвы верхнего слоя, вентиляционный и откаточный штреки проходят проходческим комбайном в процессе отработки верхней лавы при синхронизированных перемещениях комбайнов и лавы, при этом над ними создают защитные бутовые перекрытия, которые формируют путем замётывания породы, которую получают при проходке подготовительных выработок роторными метательными установками, которыми снабжены проходческие комбайны, предварительно производя крепление выработок рамами из специального взаимозаменяемого профиля (СВП) со сплошной затяжкой рам  полимерной сеткой и полиэтиленовой плёнкой.
Способ поясняется следующими чертежами:
фиг. 1 – схема панели, вид сверху;
фиг. 2 – схема панели, вид сбоку;
фиг. 3 – узел сопряжения проходческого забоя и лавы;
фиг. 4 – сопряжения проходческого забоя и лавы;
фиг. 5 – схема разделения панели на слои;
фиг. 6 – схема сплошной затяжки;
фиг. 7 – распределение вертикальных напряжений в массиве горных пород при использовании предлагаемого способа, трехмерная модель с разрезом;
фиг. 8 – распределение вертикальных напряжений в массиве горных пород при использовании предлагаемого способа, вертикальное сечение модели параллельно лаве, где:
1 – верхний слой;
2 – нижний слой;
3 – вентиляционный штрек;
4 – откаточный штрек;
5 – лава по верхнему слою;
6 – лава по нижнему слою;
7 – проходческий комбайн;
8 – защитное бутовое перекрытие;
9 – полимерная сетка;
10 – роторная метательная установка;
11 – СВП для крепления горных выработок;
12 – полиэтиленовая плёнка;
13 – высота подготовительных выработок;
14 – ширина защитной зоны подготовительных выработок.
Способ разработки мощного пологого пласта полезного ископаемого осуществляется следующим образом. Пласт делят горными выработками на панели, которые разделяют на два слоя верхний слой 1 (фиг. 2) и нижний слой 2, параллельные плоскостям напластования пород. Подготовку слоев к отработке производят путем проведения подготовительных выработок вентиляционного штрека 3 и откаточного штрека 4 (фиг. 1). Затем слои последовательно отрабатывают очистными забоями в нисходящем порядке, при отработке верхнего слоя 1 лавой по верхнему слою 5 по направлению к границе панели, сонаправленно осям проходки подготовительных выработок, а при отработке нижнего слоя 2 лавой по нижнему слою 6 - в противоположном направлении.
Подготовительные выработки вентиляционный штрек 3 и откаточный штрек 4 используются при отработке верхнего слоя 1 (фиг. 2) и нижнего слоя 2.  Выработки проводятся на соответствующих концевых участках лавы по верхнему слою 5 на расстоянии не меньшем ширины защитной зоны подготовительных выработок 14. Подготовительные выработки проводят на высоту подготовительных выработок 13 от почвы нижнего слоя 2 до почвы верхнего слоя 1.
Вентиляционный штрек 3 и откаточный штрек 4 (фиг. 1) проходят соответствующим проходческим комбайном 7 в процессе отработки лавой по верхнему слою 5 верхнего слоя 1 (фиг. 2) при синхронизированных перемещениях проходческих комбайнов 7 в вентиляционном штреке 3 и откаточным штреке 4 (фиг. 1) и лавы по верхнему слою 5. Одновременно над вентиляционным штреком 3 и откаточным штреком 4 создаются защитные бутовые перекрытия 8 (фиг. 3).
Защитные бутовые перекрытия 8 (фиг. 3) обеспечивают полное перекрытие кровли подготовительных штреков, и формируются путем замётывания породы, полученной при проходке вентиляционного штрека 3 и откаточного штрека 4 (фиг. 1) роторными метательными установками 10 (фиг. 4), которыми снабжены проходческие комбайны 7. Подготовительные выработки крепят рамами из СВП, 11, для крепления горных выработок, со сплошной затяжкой (перекрытием) рам  в начале полимерной сеткой 9, а затем поверх полимерной сетки 9 перекрывают крепежные рамы из профиля СВП 11 полиэтиленовой пленкой 12, для исключения попадания замётываемой породы из защитных бутовых перекрытий 8 в подготовительную выработку (фиг. 6).
.
После полной отработки верхнего слоя 2 (фиг. 2) проходческие комбайны 7 и метательные установки 10 удаляют, на нижнем слое 2  монтируют новую лаву по нижнему слою 6, используя, например: телескопический конвейер с перегружателем, энергопоезд, комбайн типа SL-300/400, забойную крепь с гидростойками двойной раздвижки в диапазоне 1.25 – 2.3 м) в лаве  по верхнему слою 5 и ведут отработку нижнего слоя 2 с использованием вентиляционного штрека 3 и откаточного штрека 4 и с погашением их позади лавы по нижнему слою 6 (фиг. 1). Таким образом полностью извлекаются запасы по верхнему слою 1 нижнему слою 2 панели (фиг.1, 2)
Способ поясняется следующим примером. Данный способ возможно реализовать при слоевой отработке Третьего калийного горизонта Старобинского месторождения калийных солей на котором сосредоточено около 85% запасов месторождения. Одной из основных проблем при его отработке является проблема поддержаний слоевых подготовительных выработок на больших глубинах (около 800 м).
Нами же предлагается использование вместо четырех слоевых подготовительных выработок всего двух: вентиляционного штрека 3 и откаточного штрека 4, для отработки верхнего слоя 1 и нижнего слоя 2 Третьего калийного горизонта.
Возможность реализации предлагаемого способа подтверждается результатами численных исследований методом конечных элементов с использованием трехмерной модели массива горных пород. Распределение напряжений свидетельствует о возможности поддержания выработок в зоне опорного давления лавы верхнего слоя. На фигурах 7 и 8 приведены результаты исследований для глубины 800 м и длины лавы 200 м. Как видно из фигуры 8, после отработки верхнего слоя 1 в краевой части массива формируется зона повышенных напряжений, однако благодаря расположению выработок под выработанным пространством на расстоянии ширины защитной зоны подготовительных выработок 14 от краевых частей верхнего слоя 1, влияние повышенных напряжений на подготовительные выработки: вентиляционный штрек 3 и откаточный штрек 4 исключается. Кроме того, наличие защитного бутового перекрытия 8, перекрывающего кровлю выработки со стороны выработанного пространства, исключает влияние обрушенных при отработке верхнего слоя 1 лавой по верхнему слою 5 пород кровли на состояние подготовительных выработок- вентиляционного штрека 3 и откаточного штрека 4. Над подготовительными выработками формируется зона пониженных напряжений (фиг. 7, 8).
Таким образом, предлагаемый способ повышает эффективность добычи путем сокращения количества подготовительных выработок за счет их повторного использования при отработке обоих слоев и повышения извлекаемости полезного ископаемого за счет сохранения одинаковой длины лав на обоих верхнем и нижнем слоях.