СПОСОБ РАЗРАБОТКИ МОЩНЫХ КРУТОПАДАЮЩИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕУСТОЙЧИВЫХ РУД
METHOD TO MINE THICK STEEP DEPOSITS OF UNSTABLE ORES

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при подземной разработке мощных крутопадающих месторождений неустойчивых руд.
Известен способ разработки месторождений неустойчивых руд (Патент RU №2309253, опубл. 27.10.2007), включающий разделение рудного тела на горизонтальные или слабонаклонные слои, отрабатываемые в восходящем порядке, выемку слоев горизонтальными или слабонаклонными очистными заходками и закладку заходок твердеющими материалами.
Недостатками данного способа являются повышенная опасность очистных работ, связанная с обрушением кровли и боков заходок, а также значительные затраты на крепление заходок и закладку выработанного пространства. Это объясняется периодическим, по мере отработки слоев, деформированием подрабатываемого рудного массива, связанным с неполным заполнением выработанного пространства закладочным материалом, уплотнением закладочного массива в процессе его твердения и ведением очистных работ в слоях. В связи с увеличением степени нарушенности подрабатывамого рудного массива переход на отработку каждого нового вышерасположенного слоя сопровождается возрастанием опасности горных работ и издержек производства.
Известен способ разработки крутопадающих месторождений неустойчивых руд (Патент RU №2209972, опубл. 10.08.2003). Данный способ включает разделение рудного тела на этажи, а этажей на горизонтальные или слабонаклонные слои, отрабатываемые в нисходящем порядке. В слоях проходят стартовые подготовительные выработки. Выемку руды в пределах слоев производят горизонтальными или слабонаклонными очистными заходками, проходимыми от стартовых подготовительных выработок. Заходки после их проведения на всю длину закладывают твердеющими материалами. В качестве стартовых выработок используют штреки или орты.
Недостатками данного способа при отработке мощных крутопадающих месторождений неустойчивых руд являются повышенная опасность очистных работ и значительные затраты на крепление очистных заходок.
Известен способ разработки мощных крутопадающих месторождений неустойчивых руд (Патент RU №2405108, опубл. 27.11.2010). Данный способ, принятый в качестве способа-прототипа, включает разделение рудного тела на этажи, а этажей на горизонтальные или слабонаклонные слои, отрабатываемые в нисходящем порядке. Выемку руды в пределах слоев заходками, закладку выработанного пространства твердеющими материалами. Проходку заходок второго и последующих слоев под закладочным массивом, созданным при отработке вышерасположенных слоев.
Недостатками данного способа при отработке мощных крутопадающих месторождений неустойчивых руд являются:
- Повышенная опасность горных работ, обусловленная высокой интенсивностью самопроизвольных обрушений пород и руды из боков заходок второго и последующих слоев, расположенных под закладочным массивом.
- Низкая скорость проходки заходок, связанная с необходимостью зачистки обрушившейся из боков заходок горной массы и «оборки» боковых поверхностей заходок перед выполнением закладочных работ; установкой по всей длине заходок крепи с перекрытием боков заходок специальной затяжкой.
Техническим результатом заявляемого способа является повышение безопасности горных работ и снижение затрат на проходку заходок.
Технический результат достигается тем, что в способе разработки мощных крутопадающих месторождений неустойчивых руд, включающем разделение рудного тела на этажи, а этажей на горизонтальные или слабонаклонные слои, отрабатываемые в нисходящем порядке, выемку руды в пределах слоя заходками, закладку выработанного пространства твердеющими материалами, проходку заходок второго и последующих слоев под закладочным массивом, при отработке второго и последующих слоев проходят первичные и вторичные заходки, вначале проходят первичные заходки, расстояние между которыми принимают равным ширине вторичной заходки, после закладки первичных заходок твердеющим материалом и набора твердеющим материалом нормативной прочности между закладочными массивами, созданными в первичных заходках, проходят вторичные заходки, при этом при проходке первичных заходок их боковым поверхностям придают форму плоскостей, наклоненных в сторону смежных вторичных заходок, а угол между боковой поверхностью первичной заходки и горизонтальной плоскостью определяют из выражения
φ≥arctgh/1,
где: φ - угол наклона боковых поверхностей первичных заходок к горизонтальной плоскости, град;
h - высота заходки, м;
1 - глубина распространения в рудный массив в боку первичной заходки области разрушения рудного массива горным давлением при расположении боковой поверхности первичной заходки под углом 90° к горизонтальной плоскости, м.
Сущность заявляемого способа разработки мощных крутопадающих месторождений неустойчивых руд поясняется схемами, представленными на фиг.1 и фиг.2.
Схема на фиг.1 иллюстрирует последовательность проходки первичных и вторичных заходок второго слоя под закладочным массивом, созданным при отработке первого слоя.
На фиг.1:1 - рудный массив;
2 - закладочный массив, созданный в результате заполнения выработанного пространства (пройденных заходок) твердеющими материалами;
3, 5, 7 - первичные заходки (3 и 5 заложены твердеющими материалами, 7 - пройдена, но не заложена твердеющими материалами);
4, 6 - вторичные заходки (4 - пройдена, но не заложена твердеющими материалами, 6 - в стадии проходки).
8 - рудный массив;
а - ширина первичных заходок, м;
b - ширина вторичных заходок, м;
m - мощность первого слоя, м;
h - мощность второго слоя (высота заходок второго слоя), м;
φ - угол наклона боковых поверхностей первичных заходок к горизонтальной плоскости, град.
На фиг.2 представлена схема, поясняющая место расположения в боку первичной заходки области разрушения рудного массива горным давлением при расположении боковой поверхности первичной заходки под углом 90° к горизонтальной плоскости.
На фиг.2: а - ширина первичной заходки, м;
ОР - боковые поверхности первичной заходки, расположенные под углом 90° к горизонтальной плоскости;
OPF - области разрушения рудного массива горным давлением в боках первичной заходки;
1 - глубина распространения в рудный массив в боку первичной заходки области разрушения рудного массива горным давлением при расположении боковой поверхности первичной заходки под углом 90° к горизонтальной плоскости, м.
Способ осуществляют следующим образом.
Рудное тело разделяют на этажи, а этажи на горизонтальные или слабонаклонные слои, которые отрабатывают в нисходящем порядке. Выемку руды в пределах слоя производят путем проходки заходок. Выработанное пространство (пройденные заходки) закладывают твердеющими материалами.
При отработке второго и последующих слоев различают первичные и вторичные заходки. Вначале проходят первичные заходки шириной а, расстояние между которыми принимают равным ширине вторичной заходки b. При проходке первичных заходок их боковым поверхностям придают форму плоскостей, наклоненных в сторону смежных (рядом расположенных) вторичных заходок, а угол между боковой поверхностью первичной заходки и горизонтальной плоскостью определяют из выражения φ≥arctgh/1.
Проходка первичных заходок с наклонными боковыми поверхностями технически просто реализуется как при проходке заходок комбайнами избирательного действия (например, П-110, АМ-50), так и при буровзрывном способе их проходки.
После закладки первичных заходок и набора твердеющим материалом нормативной прочности между закладочными массивами, созданными в первичных заходках, проходят вторичные заходки. Так первичные заходки 3 и 5 (фиг.1) пройдены и заложены твердеющим материалом. Боковые поверхности DC и NM этих заходок наклонены в сторону вторичной заходки 4. После того, как твердеющий материал в заходках 3 и 5 достигнет нормативной прочности, проходят вторичную заходку 4 и закладывают ее твердеющим материалом.
Придание при проходке первичных заходок 3, 5 и 7 (фиг.1) их боковым поверхностям формы плоскостей, наклоненных в сторону вторичных заходок, и расположение боковых поверхностей первичных заходок под углом φ≥arctgh/1 к горизонтальной плоскости позволяет снизить интенсивность самопроизвольного обрушения руды из боков первичных заходок. Это объясняется тем, что руду из областей OPF (фиг.2) разрушения горным давлением рудного массива в боках первичной заходки извлекают при проходке заходки.
При расстоянии между первичными заходками 3, 5 и 7, (фиг.1), равном ширине вторичной заходки b, и проведении вторичных заходок 4 и 6 после закладки первичных заходок твердеющим материалом и набора твердеющим материалом нормативной прочности между закладочными массивами, созданными в первичных заходках, исключается возможность самопроизвольных обрушений боков вторичных заходок. Это объясняется тем, что при указанном расстоянии между первичными заходками и принятой очередности выполнения операций в боках вторичных заходок находится устойчивый закладочный массив из твердеющих материалов.
Глубину 1 распространения в рудный массив в боку первичной заходки области разрушения рудного массива горным давлением при расположении боковой поверхности первичной заходки под углом 90° к горизонтальной плоскости (фиг.2) определяют в каждом конкретном случае с использованием известных методик шахтных, лабораторных или аналитических исследований.
Параметры a, b, m и h определяют при проектировании технологической схемы отработки рудного тела с учетом влияющих геологических и горнотехнических факторов.
Использование заявляемого способа позволяет повысить безопасность горных работ и снизить затраты на проходку заходок. Повышение безопасности работ связано: с исключением самопроизвольных обрушений рудной массы из боков заходок; повышением качества закладки выработанного пространства. Снижение затрат связано с: уменьшением объемов работ, связанных с зачисткой заходок от рудной массы и «оборкой» боковых поверхностей заходок перед выполнением закладочных работ; уменьшением затрат на крепление и затяжку боков заходок; увеличением скорости проходки заходок.
Заявляемый способ предназначен для применения при подземной разработке мощных крутопадающих рудных залежей, характеризующихся низкими прочностными характеристиками руд. В Российской Федерации данный способ с получением значительного социального (безопасность) и экономического эффекта может быть использован при отработке богатых железорудных месторождений Белгородской группы: Яковлевского, Гостищевского и др.
Пример конкретного применения в условиях Яковлевского рудника.
На Яковлевском руднике отрабатывают крутопадающее месторождение богатых железных руд. Главные типы руд данного месторождения - рыхлые железнослюдково-мартитовые и мартито-железнослюдковые руды с низкими значениями пределов прочности на одноосное сжатие, от 0,3 до 15 МПа.
Система разработки слоевая, порядок отработки слоев - нисходящий. Мощность слоя - 4,5 м, ширина первичных (а, фиг.1) и вторичных (b, фиг.1) заходок - 5 м.
При проведении очистных заходок второго и последующих слоев под закладочным массивом в условиях Яковлевского рудника, в результате повышенного горного давления происходит разрушение рудного массива в боках заходок и самопроизвольное обрушение рудной массы в заходки. Одновременно на участках заходок длиной около 5 м обрушается до 5-6 тонн руды и более. Глубина 1 (фиг.2) распространения в рудный массив в боку первичной заходки области разрушения рудного массива горным давлением при расположении боковой поверхности первичной заходки под углом 90° к горизонтальной плоскости составляет 0,5-1,0 м.
При реализации заявляемого способа частота случаев самопроизвольных опасных обрушений рудной массы из боков заходок уменьшается в несколько раз, суммарное снижение затрат на проведение и поддержание очистных заходок оставляет не менее 15-20% по сравнению с известными способами, скорость проходки заходок увеличивается не менее, чем на 10-15%.