Способ разработки мощных пластов полезных ископаемых

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ РАЗРАБОТКИ МОЩНЫХ ПЛАСТОВ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ(71) Заявители Общественное объединение Белорусская академия безопасности жизнедеятельностиЗубов Владимир Павлович(72) Авторы Смычник Анатолий Данилович Калугин Петр АлексеевичЗубов Владимир Павлович(73) Патентообладатели Общественное объединение Белорусская академия безопасности жизнедеятельностиЗубов Владимир Павлович(57) 1. Способ разработки мощного пласта полезного ископаемого, включающий разделение пласта полезного ископаемого на два слоя, проведение участковых подготовительных и монтажных выработок, отработку слоев лавами с опережением очистных работ по вышерасположенному слою и оставлением между обрабатываемыми слоями защитной пачки пород, не извлекаемых при ведении очистных работ, отличающийся тем, что при проведении монтажных выработок нижней лавы в не надработанном массиве, до подхода нижней лавы к ближайшей монтажной выработке верхней лавы линию очистного забоя нижней лавы располагают под углом к продольным осям подрабатываемых монтажных выработок верхней лавы, производят увеличение мощности защитной пачки пород, оставляемой между нижней лавой и почвой подрабатываемых монтажных выработок верхней лавы, до величины, превышающей глубину распространения в породы почвы монтажных выработок зон с повышенной интенсивностью трещин, путем уменьшения вынимаемой мощности нижнего слоя или подрубки пород почвы пласта полезного ископаемого, а в выработанном пространстве нижней лавы возводят породные полосы с отставанием от забоя лавы,меньшим величины установившегося шага обрушения пород основной кровли в выработанном пространстве нижней лавы. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при оборудовании нижней лавы механизированными комплексами угол между линией очистного забоя нижней лавы и продольными осями подрабатываемых монтажных выработок верхней лавы принимают равным 4-10.(56) Нормативные и методические документы по ведению горных работ на Старобинском месторождении калийных солей. - Солигорск - Минск, 1995. - С. 134, 137.2072044 1, 1997.2046948 1, 1995.2170826 1, 2001.2177546 1, 2001.2186975 2, 2002.1703818 1, 1992.1046515 , 1983. Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной разработке мощных пластов полезных ископаемых с использованием слоевых систем разработки для повышения эффективности управления горным давлением в нижних лавах. Известны способы разработки мощных пластов полезных ископаемых 1. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату известен способ разработки мощных пластов полезных ископаемых, включающий разделение пласта полезного ископаемого на два слоя, проведение участковых подготовительных и монтажных выработок, отработку слоев лавами с опережением очистных работ по вышерасположенному слою и оставлением между отрабатываемыми слоями защитной пачки пород, не извлекаемых при ведении очистных работ. При отработке слоев производится полное обрушение пород кровли в выработанном пространстве 2. Недостатком данного способа является повышенная интенсивность обрушений пород кровли в призабойном пространстве нижней лавы и резкое возрастание нагрузки на крепь нижней лавы, сопровождающееся зажатием крепи на жестко, в период прохождения ее под монтажными выработками верхней лавы и целиками, расположенными между монтажными выработками. Данная ситуация, как правило, возникает при отработке участков,прилегающих к зонам выклинивания пласта, когда монтажные выработки нижней лавы располагают в не надработанном массиве. Задачей заявляемого способа является повышение эффективности выемки мощных пластов полезных ископаемых с использованием слоевых систем разработки за счет предотвращения обрушений пород кровли и уменьшения нагрузки на крепь в нижних лавах в период прохождения их под монтажными выработками верхних лав и целиками, расположенными между этими выработками. Поставленная задача решается тем, что в способе разработки мощного пласта полезного ископаемого, включающем разделение пласта полезного ископаемого на два слоя,проведение участковых подготовительных и монтажных выработок, отработку слоев лавами с опережением очистных работ по вышерасположенному слою и оставлением между обрабатываемыми слоями защитной пачки пород, не извлекаемых при ведении очистных работ при проведении монтажных выработок нижней лавы в не надработанном массиве,до подхода нижней лавы к ближайшей монтажной выработке верхней лавы линию очистного забоя нижней лавы располагают под углом к продольным осям подрабатываемых монтажных выработок верхней лавы, производят увеличение мощности защитной пачки пород, оставляемой между нижней лавой и почвой подрабатываемых монтажных выработок зон с повышенной интенсивностью трещин, путем уменьшения вынимаемой мощности нижнего слоя или подрубки пород почвы пласта полезного ископаемого, а в выработанном пространстве нижней лавы возводят породные полосы с отставанием от забоя лавы меньшим величины установившегося шага обрушения пород основной кровли в выработанном пространстве нижней лавы. При оборудовании нижней лавы механизированными комплексами угол между линией очистного забоя нижней лавы и осями подрабатываемых монтажных выработок верхней лавы принимают равным 4-10. 2 6221 1 Сущность заявляемого способа поясняется схемами, изображенными на фиг. 1 и фиг. 2. На фиг. 1 приведена принципиальная схема разделения пласта на слои и путь (показан пунктирной линией) движения нижней лавы при прохождении ее под монтажными выработками верхней лавы на фиг. 2 - схема, иллюстрирующая взаимное расположение нижней лавы и подрабатываемых ею монтажных выработок верхней лавы. На фиг. 1 и фиг. 2- мощность пласта полезного ископаемого- мощность верхнего слоя- мощность нижнего слоя 1 - верхний слой 2 - нижний слой 3, 4 и 5 - монтажные выработки верхней лавы (например, 3 - монтажный штрек, 4 - вспомогательный монтажный штрек, 5 - вспомогательный вентиляционный штрек) 6 - породные полосы,возводимые в выработанном пространстве нижней лавы 7 - секции механизированной крепи в нижней лаве 8 - породы непосредственной кровли в выработанном пространстве нижней лавы, обрушившиеся между породными полосами- мощность защитной пачки пород, между верхним и нижним слоями до прохождения нижней лавы под монтажными выработками верхней лавы а - мощность защитной пачки пород, между нижней лавой и почвой подрабатываемых монтажных выработок 3, 4 и 5, оставляемой в период прохождения нижней лавы под монтажными выработками верхней лавы- расстояние между нижней лавой и ближайшей к ней монтажной выработкой 5 верхней лавы С - расстояние от забоя нижней лавы до места возведения породной полосы- расположение нижней лавы до начала ее разворота, завершающегося расположением нижней лавы под угломк продольным осям подрабатываемых монтажных выработок верхней лавы 1 - положение линии очистного забоя нижней лавы после ее разворота на угол- угол между линией очистного забоя нижней лавы и осями подрабатываемых монтажных выработок верхней лавы. Обоснование существенности отличительных признаков.до подхода нижней лавы к ближайшей монтажной выработке верхней лавы линию очистного забоя нижней лавы располагают под углом к продольным осям подрабатываемых монтажных выработок верхней лавы При расположении линии очистного забоя нижней лавы под углом к продольным осям подрабатываемых монтажных выработок повышенные напряжения, возникающие впереди забоя нижней лавы, способствуют постепенному разрушению подрабатываемых целиков(между монтажными выработками 3, 4 и 5, а также между монтажной выработкой 5 и нижней лавой) в направлении от точки 1 к точке . При разрушении целиков значительная часть пород в разрыхленном виде выдавливается в монтажные выработки. Эти разрыхленные породы, находящиеся на почве монтажных выработок, снижают отрицательное воздействие на крепь нижней лавы пород кровли, обрушающихся в выработанном пространстве нижней лавы при прохождении ее под монтажными выработками. Расположение нижней лавы под углом к продольным осям подрабатываемых монтажных выработок верхней лавы позволяет также уменьшить нагрузку на крепь нижней лавы при прохождении ее под целиками, расположенными между данными выработками, что объясняется повышенной концентрацией напряжений в зоне опорного давления впереди забоя нижней лавы, а следовательно, меньшими предельными зависаниями породных слоев в выработанном пространстве. Кроме того, расположение нижней лавы под углом к продольным осям подрабатываемых монтажных выработок 3, 4 и 5 верхней лавы позволяет уменьшить размер участка лавы, с отрицательными проявлениями горного давления.производят увеличение мощности защитной пачки пород, оставляемой между нижней лавой и почвой подрабатываемых монтажных выработок верхней лавы, до величины,превышающей глубину распространения в породы почвы монтажных выработок зон с повышенной интенсивностью трещин Породы почвы монтажных выработок 3, 4 и 5 являются породами непосредственной кровли нижней лавы при прохождении ее под монтажными выработками. Увеличение параметра а до значений, превышающих глубину распространения в породы почвы монтажных выработок зон с повышенной интенсивностью трещин, позволяет исключить 3 6221 1 самопроизвольные обрушения разрушенных и потерявших устойчивость (как несущая конструкция) пород непосредственной кровли нижней лавы при прохождении ее под монтажными выработками.в выработанном пространстве нижней лавы возводят породные полосы Возведение породных полос позволяет ограничить величины опускания слоев основной кровли в выработанном пространстве при их разломах и тем самым исключить возможность зажатия крепи нижней лавы на жестко. Кроме того, возведение породных полос, воспринимающих часть веса пород основной кровли, зависающих в выработанном пространстве нижней лавы, позволяет уменьшить нагрузку со стороны кровли на крепь нижней лавы. породные полосы возводят с отставанием от забоя лавы, меньшим величины установившегося шага обретения пород основной кровли в выработанном пространстве нижних лав При выполнении данного условия за счет перераспределения давления со стороны зависающих над выработанном пространством пород основной кровли на породную полосу обеспечивается максимальное снижение нагрузки на крепь лавы. при оборудовании нижней лавы механизированными комплексами угол между линией очистного забоя нижней лавы и продольными осями подрабатываемых монтажных выработок верхней лавы принимают равным 4-10 Выполненные шахтные исследования показали, что при величинах угламеньших 4 эффективность заявляемого способа резко снижается. Это связано с увеличением размера участка лавы с отрицательными проявлениями горного давления, а также снижением концентрации напряжений в зоне опорного давления впереди забоя нижней лавы, способствующих постепенному разрушению подрабатываемых целиков и уменьшению предельных зависаний породных консолей в выработанном пространстве. При величинах углабольших 10 не обеспечиваются в должной мере условия безаварийной работы забойного оборудования (конвейера, механизированной крепи, комбайна), что приводит к простоям лавы и возрастанию нагрузок на секции механизированной крепи. То есть при оборудовании нижней лавы механизированными комплексами величины угла 4-10 являются рациональными. Область эффективного использования данного способа связана с отработкой подземным способом соляных и угольных пластов мощностью более 3,5 м при применении столбовых систем разработки с разделением пластов на слои. Параметры, необходимые для реализации заявляемого способа, а именно величину установившегося шага обрушения пород основной кровли в выработанном пространстве нижней лавы, глубину распространения в породы почвы монтажных выработок зон с повышенной интенсивностью трещин, рациональную величину угла между линией очистного забоя нижней лавы и осями подрабатываемых монтажных выработок верхней лавы определяют с использованием известных методик путем шахтных, лабораторных или аналитических исследований с учетом конкретных горногеологических условий отработки пластов. Пример конкретного использования заявляемого способа при отработке Третьего калийного пласта у границы его выклинивания на Втором рудоуправлении ПО Беларуськалий. Третий калийный пласт мощностью 4,5 м отрабатывается на глубинах 450-650 м. Угол падения пласта - 1-3. Система отработки Третьего калийного пласта - длинными столбами с разделением пласта на два слоя мощностью 1,3 и 2,3 м. Слои отрабатывают последовательно в нисходящем порядке. Лавы оборудованы механизированными комплексами. По данным статистических исследований установившийся шаг обрушения пород основной кровли в выработанном пространстве нижних лав при работе без закладки составляет 6-9 м. 6221 1 При подготовке верхней лавы пройдено три монтажных выработки монтажный штрек 3, вспомогательный монтажный штрек 4 и вспомогательный вентиляционный штрек 5 (фиг. 1 и 2). Ширина указанных выработок соответственно равна 5, 4 и 3 м. Ширина целика между монтажным штреком 3 и вспомогательным монтажным штреком 4 составляет 5 м, а между вспомогательным монтажным штреком 4 и вспомогательным вентиляционным штреком - 3 м. Способ в рассматриваемых условиях реализован следующим образом. Вначале до подхода нижней лавы к ближайшей монтажной выработке 5 (фиг. 1 и 2) верхней лавы нижнюю лаву расположили под углом к продольным осям подрабатываемых монтажных выработок верхней лавы. Уголмежду линией очистного забоя нижней лавы и осями подрабатываемых монтажных выработок верхней лавы принят равным 7-8. После расположения нижней лавы под углом 7-8 к продольным осям подрабатываемых монтажных выработок верхней лавы произведено увеличение мощности а (фиг. 1) защитной пачки пород, оставляемой между нижней лавой и почвой подрабатываемых монтажных выработок. Расстояние между почвой монтажных выработок 3, 4 и 5 (фиг. 1) и забоем нижней лавы до начала реализации заявляемого способа составляло 0,5 м при глубине распространения в породы почвы монтажных штреков зоны с повышенной интенсивностью трещин 0,6-0,8 м. Поэтому при подработке нижней лавой монтажных выработок 3, 4 и 5 мощность защитной пачки пород, оставляемой между нижней лавой и почвой подрабатываемых монтажных выработок, увеличили до 1,3-1,4 м (запас более 0,5 м). Увеличение мощности защитной пачки а (фиг. 1) произведено путем постепенного спуска лавы на расстоянии(фиг. 1), равном 13-14 м, с подрывкой пород почвы нижнего сильвинитового слоя 2 (фиг. 1). За каждый выемочный цикл лава опускалась на 5 см. Одновременно с разворотом и опусканием лавы производилась частичная закладка выработанного пространства нижней лавы путем возведения в нем породных полос. Породные полосы возводились с отставанием от забоя лавы, не превышающим величины установившегося шага обрушения пород основной кровли в выработанном пространстве нижней лавы (6 м). Использование заявляемого способа в рассмотренных условиях позволило исключить обрушения пород кровли в нижних лавах и случаи зажатия механизированной крепи очистного забоя на жестко в период прохождения нижних лав под монтажными выработками верхних лав и целиками, расположенными между этими выработками. Источники информации 1. Ананьин Г.П. и др. Технология подземных горных работ. - М. Недра, 1970. - С. 211. 2. Нормативные и методические документы по ведению горных работ на Старобинском месторождении калийных солей. - Солигорск - Минск, 1995. - С. 134, 137 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.