Способ подземной разработки мощных пластов полезных ископаемых

(51)21 41/16 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ МОЩНЫХ ПЛАСТОВ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ(71) Заявитель Общественное объединение Белорусская академия безопасности жизнедеятельностиЗубов Владимир Павлович(72) Авторы Зубов Владимир Павлович Смычник Анатолий ДаниловичКириенко Валерий МихайловичКалугин Петр Алексеевич(73) Патентообладатель Общественное объединение Белорусская академия безопасности жизнедеятельностиЗубов Владимир Павлович(56) Нормативные и методические документы по ведению горных работ на Старобинском месторождении калийных солей. - Солигорск. - Мн. Слуцкая типография, 1995. - С. 125-127.673735, 1979.2101497 1, 1998.492661, 1975.2175061 2, 2001.2147682 1, 2000.(57) 1. Способ подземной разработки мощных пластов полезных ископаемых, включающий разделение шахтного поля на панели, деление пласта на два слоя, параллельные плоскостям напластования пород, проведение подготовительных выработок и отработку слоев в пределах панелей лавами с полным обрушением пород кровли в выработанном пространстве и оставлением между панелями целиков полезного ископаемого, отличающийся тем, что первым в панели отрабатывают верхний слой, расположенный у кровли пласта, после завершения отработки верхнего слоя отрабатывают нижний слой лавой, перемещающейся в направлении, противоположном направлению подвигания лавы верхнего слоя, при этом очистные работы в нижнем слое панели начинают после завершения отработки верхнего слоя в рядом расположенных панелях. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в верхнем слое между панелями оставляют целики шириной меньше предельной ширины целиков, при которой происходит его раздавливание горным давлением. 7474 1 2005.12.30 Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной разработке мощных пластов полезных ископаемых для повышения эффективности управления горным давлением в лавах. Известны способы подземной разработки мощных пластов полезных ископаемых,включающие разделение пластов на панели, деление пласта в пределах панели на слои,параллельные плоскостям напластования пород, проведение подготовительных выработок и одновременную отработку слоев в нисходящем порядке лавами с полным обрушением пород кровли в выработанном пространстве (Бурчакова А.С., Гринько Н.К., Ковальчука А.Б. Технология подземной разработки пластовых месторождений полезных ископаемых. -. Недра, 1978. - С. 118-122 А.с. СССР 492661). При отработке слоев расстояние между лавами верхнего и нижнего слоев принимают равным 2-3-м шагам обрушения пород основной кровли в выработанном пространстве лав верхнего слоя. Недостатками данных способов являются опасные динамические обрушения пород кровли в выработанном пространстве, приводящие к вывалам пород кровли в призабойном пространстве лав, повышенным нагрузкам на крепь, зажатию и деформированию секций крепи в лавах нижерасположенных слоев. Известен способ разработки мощных пластов полезных ископаемых, включающий разделение шахтного поля на панели, деление пласта на два слоя, параллельные плоскостям напластования пород, проведение подготовительных выработок и отработку слоев в пределах панелей лавами с полным обрушением пород кровли в выработанном пространстве и оставлением между панелями целиков полезного ископаемого (Нормативные и методические документы по ведению горных работ на Старобинском месторождении калийных солей. - Солигорск. - Мн. Слуцкая типография, 1995. - С. 125-127). Данный способ принят в качестве способа-прототипа. Недостатком способа-прототипа являются опасные динамические обрушения пород основной кровли в выработанном пространстве нижних лав, приводящие к вывалам пород в призабойное пространство лав, повышенным нагрузкам на крепь, деформированию и зажатию секций механизированной крепи лав нижнего слоя. Это объясняется тем, что при отработке нижнего слоя происходят дополнительные опускания породных блоков основной кровли, образовавшихся при отработке верхней лавы, снижение сил распора между ними и разрушение формирующихся в выработанном пространстве шарнирных систем из породных блоков. Разрушения шарнирных систем, происходящие в небольшие промежутки времени, являются наиболее опасными для механизированных крепей очистных забоев и состояния кровли в призабойном пространстве лав. Как правило, вывалы пород кровли в призабойном пространстве лав и зажатие крепей на жестко происходят именно в эти периоды времени. Наиболее опасными для крепи лав являются случаи, когда происходит проскальзывание блоков пород основной кровли по разделяющим их трещинам. В таких случаях в движение приходит не только блок основной кровли, но и значительные массы более слабых пород, расположенных выше этого блока. При этом возникают значительные нагрузки на лавную крепь, противодействовать которым применяемые в настоящее время крепи не могут. Следует также отметить, что прогнозирование мест протекания указанных случайных процессов с использованием известных методов практически невозможно. Задачей заявляемого способа является повышение эффективности отработки мощных пластов полезных ископаемых (главным образом, соляных и угольных) за счет предотвращения опасных динамических обрушений пород кровли в выработанном пространстве лав, отрабатывающих нижний слой. Для решения данной задачи шахтное поле разделяют на панели, а пласт на два слоя,параллельные плоскостям напластования пород, проводят подготовительные выработки и отрабатывают слои в пределах панелей лавами с полным обрушением пород кровли в выработанном пространстве и оставлением между панелями целиков полезного ископаемо 2 7474 1 2005.12.30 го. Первым в панели отрабатывают верхний слой, расположенный у кровли пласта. После завершения отработки верхнего слоя отрабатывают нижний слой лавой, перемещающейся в направлении, противоположном направлению подвигания лавы верхнего слоя. При этом очистные работы в нижнем слое панели начинают после завершения отработки верхнего слоя в рядом расположенных панелях. Для повышения эффективности способа ширину целиков, оставляемых в верхнем слое между панелями, принимают меньше предельной ширины целика, при которой происходит его раздавливание горным давлением. Реализация указанной выше совокупности признаков позволяет повысить эффективность отработки мощных пластов полезных ископаемых за счет предотвращения опасных динамических обрушений пород кровли в лавах нижних слоев, приводящих к вывалам пород в призабойное пространство лав повышенным нагрузкам на крепь деформированию и зажатию секций механизированной крепи лав нижнего слоя простоям лав, связанным с ликвидацией последствий динамических обрушений кровли снижению безопасности очистных работ. Сущность заявляемого способа поясняется схемами, представленными на фиг. 1,фиг. 2 и фиг. 3. На фиг. 1 приведены схемы (а - вид в плоскости пласта, б - вид в плоскости, перпендикулярной плоскости пласта и направлению подвигания лав), иллюстрирующая взаимное расположение трех панелей и лав, отрабатывающих верхний и нижний слои. Между панелями оставлены целики полезного ископаемого шириной . На фиг. 1 пл - мощность пласта полезного ископаемого в - мощность верхнего слоя н - мощность нижнего слоя 1,2,4 - лавы, отрабатывающие верхний слой(стрелками показано направление подвигания лав)3,5,6 - лавы, отрабатывающие нижний слой н -длина нижних лав в - длина верхних лав, , -столбы полезного ископаемого, отрабатываемые лавами верхнего слоя , ,- столбы полезного ископаемого, отрабатываемые лавами нижнего слоя. На фиг. 2 приведена схема, иллюстрирующая характер деформирования и опускания пород основной кровли пласта при отработке верхнего слоя, на фиг. 3 - схема, иллюстрирующая характер опускания и взаимодействия с крепью лавы блоков пород основной кровли при отработке нижнего слоя. На фиг. 2 и 3 1 - обрушившиеся породы непосредственной кровли пласта в -ширина призабойного пространства верхней лавы н - ширина призабойного пространства нижней лавы ок - мощность пород основной кровли пласта ф - угол между трещиной разлома,возникающей в основной кровле при отработке верхнего слоя, и плоскостью пласта, ,- блоки пород основной кровли, образовавшиеся при отработке верхнего слоя 1 - сила трения, возникающая между блокамии 2 - сила трения, возникающая между блокамии . Обоснование существенности отличительных признаков. после завершения отработки верхнего слоя отрабатывают нижний слой лавой, перемещающейся в направлении, противоположном направлению подвигания лавы верхнего слоя. При использовании известного способа-прототипа, предусматривающего отработку верхней и нижней лав в одном направлении, трещины разлома , , ,(фиг. 2),сформировавшиеся при отработке верхней лавы и ограничивающие блоки основной кровли , , , наклонены в сторону выработанного пространства. При таком расположении трещин разлома значительная часть веса блока пород основной кровли,расположенного над призабойным пространством лавы, передается на крепь. При проскальзывании этого блока относительно соседних блоков происходят опасные динамические обрушения основной кровли. В заявляемом способе трещины разлома , В,в основной кровле при отработке нижней лавы наклонены в сторону ее подвигания. В период отработки нижнего слоя 3 7474 1 2005.12.30 блок пород основной кровли , находящийся над призабойным пространством лавы(фиг. 3), лежит на наклонной плоскости . Угол ф между плоскостьюи плоскостью пласта в среднем составляет 55-65. Опусканиям блоканад призабойным пространством лавы препятствует сила трения 1, направленная вдоль наклонной плоскости, а также сила трения 2, возникающая между блокамиивдоль поверхности . Таким образом, отработка нижнего слоя лавой, перемещающейся в направлении,противоположном направлению подвигания лавы верхнего слоя, позволяет уменьшить величины нагрузок на крепь нижних лав и вероятность динамических обрушений пород кровли в выработанном пространстве. очистные работы в нижнем слое панели начинают после завершения отработки верхнего слоя в рядом расположенных панелях. При выполнении данного условия обеспечивается более равномерное и симметричное(относительно оси столба) опускание пород основной кровли над выработанным пространством нижней лавы. При таком характере деформирования кровли сохраняются контактные связи между отдельными блоками пород основной кровли, а следовательно, снижается вероятность опасных динамических обрушений пород кровли в выработанном пространстве нижней лавы. ширину целиков, оставляемых в верхнем слое между панелями, принимают меньше предельной ширины целика, при которой происходит его раздавливание горным давлением При отработке нижнего слоя величины нагрузок на крепь лавы во многом определяются условиями деформирования и взаимодействия блоков пород основной кровли в областях, прилегающих к краевым частям целиков полезного ископаемого, оставляемых в верхнем слое между панелями. При ведении очистных работ в верхнем слое с оставлением целиков полезного ископаемого между панелями над краевыми частями целиков полезного ископаемого в породах основной кровли образуются трещины разлома. Высота этих трещин и степень их раскрытия увеличиваются при увеличении времени отработки столба. Подработанные слои пород основной кровли в областях, прилегающих к трещинам разлома, теряют контактные связи с зависающими в выработанном пространстве не обрушившимися породами кровли. При отработке нижнего слоя вес и условия деформирования породных слоев, расположенных в этих областях, формируют нагрузки на крепь нижних лав. С увеличением высоты распространения трещин разлома в породах основной кровли увеличивается масса пород, активно участвующих в формировании нагрузок на крепь нижних лав. При этом чем на большую высоту распространяются трещины разлома и чем больше степень их раскрытия, тем больше вероятность динамических обрушений кровли и формирования опасных нагрузок на крепь нижних лав, приводящих к деформированию крепи и зажатию ее на жестко. При отработке верхнего слоя с оставлением между панелями целиков полезного ископаемого ширинойменьше предельной ширины целика (пр) в результате разрушения целиков горным давлением происходит более плавное (чем при) опускание пород кровли над краевыми частями целиков без образования в основной кровле дополнительных трещин разлома. В тех случаях, когда трещины разлома образовались, опускания пород кровли над разрушающимся целиком приводит к закрытию этих трещин и увеличению сил трения между отдельными блоками основной кровли, а следовательно, в конечном итоге, уменьшается вероятность опасных обрушений пород кровли в выработанном пространстве нижних лав. При отработке пласта с опережением очистных работ по верхнему слою (очистные работы в нижнем слое начинают после завершения отработки верхнего слоя в рядом рас 4 7474 1 2005.12.30 положенных панелях) обеспечивается возможность более полного разрушения целика, оставляемого в верхнем слое между панелями, до начала отработки нижнего слоя. Область использования заявляемого способа. Заявляемый способ предназначен для использования при подземной разработке подземным способом соляных и угольных пластов мощностью более 3,5 м. Данный способ позволяет исключить опасные динамические обрушения пород кровли в выработанном пространстве нижних лав, приводящие к деформированию и зажатию механизированной крепи лав на жестко, вывалам пород в призабойное пространство лав,снижению безопасности горных работ и значительным невосполнимым потерям добычи. Получение экономического эффекта связано со снижением потерь добычи, обусловленных простоями лав при ликвидации последствий опасных динамических обрушений пород основной кровли в нижних лавах с снижением затрат на замену деформированной крепи очистных забоев. Кроме того, при использовании заявляемого способа повышается безопасность труда горнорабочих очистных забоев. Необходимый для реализации заявляемого способа параметр - предельную ширину целиков, при которой происходит его раздавливание горным давлением, - определяют с использованием известных методик путем шахтных, лабораторных или аналитических исследований с учетом конкретных горно-геологических и горнотехнических условий отработки пластов. Пример конкретного использования заявляемого способа при отработке Третьего калийного пласта на соляных рудниках ПО Беларуськалий. Третий калийный пласт отрабатывают на глубинах 600-800 м от поверхности. Угол падения пласта - 1-3. Для отработки шахтное поле делят на панели. Пласт в пределах панели делят на два слоя мощностью верхний- 1,3 м, нижний - 2,3 м. Между панелями при отработке по верхнему слою оставляют целики полезного ископаемого шириной 5-6 м. Предельная ширина целика, при которой происходит его раздавливание горным давлением, в рассматриваемых горно-геологических условиях составляет 10-12 м. Слои в пределах панели отрабатывают последовательно в нисходящем порядке вначале отрабатывают верхний слой мощностью 1,3 м, затем нижний слой мощностью 2,3 м. При этом нижний слой отрабатывают лавой, перемещающейся в направлении, противоположном направлению подвигания лавы верхнего слоя, а очистные работы в нижнем слое панели начинают после завершения отработки верхнего слоя в рядом расположенных панелях. Так отработку нижнего слоя в средней панели (фиг. 1) лавой 5 начинают после отработки верхнего слоя в двух рядом расположенных с ней панелях лавами 1 и 4. Источники информации 1. Бурачкова А.С., Гринько Н.К., Ковальчук А.Б. Технология подземной разработки пластов месторождений полезных ископаемых. - . Недра, 1978. - С. 118-122. 2. А.с. СССР 492661, МПК Е 21 С 41/04, 1975. 3. Нормативные и методические документы по ведению горных работ на Старобинском месторождении калийных солей. - Солигорск. - Мн. Слуцкая типография, 1995. - С. 125-127 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6