Способ разработки мощного калийного пласта на больших глубинах

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ РАЗРАБОТКИ МОЩНОГО КАЛИЙНОГО ПЛАСТА НА БОЛЬШИХ ГЛУБИНАХ(71) Заявитель Открытое акционерное общество БелгорхимпромЗубов Владимир Павлович(72) Авторы Зубов Владимир Павлович Смычник Анатолий ДаниловичКириенко Валерий МихайловичПлескунов Владимир Николаевич(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество БелгорхимпромЗубов Владимир Павлович(56) Нормативные и методические документы по ведению горных работ на Старобинском месторождении калийных солей. - Солигорск-Минск, 1995. С. 129-134.2186975 1, 2002.2235879 1, 2004.2206741 2, 2003.80007, 1948.(57) Способ разработки мощного калийного пласта на больших глубинах, включающий разделение пласта на панели, а в пределах панелей на слои, параллельные плоскостям напластования пород, отработку слоев в нисходящем порядке лавами с использованием панельных подготовительных, слоевых и монтажных выработок, проходку между слоевыми и панельными подготовительными выработками вспомогательных выработок, отличающийся тем, что мощность верхнего слоя принимают меньше предельной мощности слоя,при превышении которой возможно образование в результате ведения горных работ водопроводящих трещин между выработанным пространством и водоносными горизонтами,расположенными в подрабатываемой породной толще панельные подготовительные выработки проходят в надработанном массиве с отставанием от лав верхнего слоя слоевые выработки по верхнему слою создают путем сооружения породных полос за лавами верхнего слоя на удалении от краевой части массива полезного ископаемого, равном ширине 9826 1 2007.10.30 слоевой выработки причем длину лавы верхнего слоя принимают равной расстоянию между слоевой выработкой, создаваемой в отрабатываемой панели, и породной полосой,сооруженной при отработке рядом расположенной панели, а расстояниеот панельных подготовительных выработок до плоскостей, перпендикулярных к напластованию и проходящих через неподвижные краевые части массива полезного ископаемого, образовавшиеся при отработке лавы верхнего слоя, выбирают из соотношенияс,где- ширина породной полосы, - расстояние от кровли панельной подготовительной выработки до верхнего слоя, - ширина слоевой выработки, - ширина зоны разгрузки надработанного массива от повышенных напряжений, образующейся вблизи неподвижной краевой части массива полезного ископаемого, формируемой при отработке лавы верхнего слоя. Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной разработке мощных пологих пластов полезных ископаемых, главным образом калийных,залегающих на больших глубинах. Известны способы разработки мощных пластов полезных ископаемых 1, включающие 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 и монтажных камер, монтажа механизированных комплексов в монтажных камерах, отработку столбов полезного ископаемого лавами обратным ходом от границ выемочных участков к основным подготовительным выработкам и демонтаж механизированных комплексов в демонтажных камерах при подходе лав к границам выемочных участков. Недостатками данных способов при использовании их на больших глубинах разработки являются значительные затраты на поддержание подготовительных выработок, невозможность их повторного использования и значительные объемы горно-проходческих работ. Известен способ разработки мощных пластов полезных ископаемых 2, принятый в качестве прототипа, включающий разделение пласта на панели, а в пределах панелей на слои, параллельные плоскостям напластования пород, отработку слоев в нисходящем порядке лавами с использованием панельных подготовительных, слоевых и монтажных выработок, проходку между слоевыми и панельными подготовительными выработками вспомогательных выработок. Недостатками данного способа при использовании его на больших глубинах являются 1. Большие потери полезного ископаемого (до 20 и более) в целиках, оставляемых между панелями при отработке калийных пластов на больших глубинах. 2. Значительные объемы горнопроходческих работ, связанных с проведением подготовительных выработок. При использовании данного способа каждая лава подготавливается индивидуальными слоевыми подготовительными выработками. Общее число проходимых и поддерживаемых панельных и слоевых подготовительных выработок,обеспечивающих работу двух лав в панели, например на калийных рудниках РУП ПО Беларуськалий, достигает семи. 3. Значительные затраты на поддержание подготовительных выработок, длина которых при использовании в лавах современных высокопроизводительных механизированных комплексов достигает 2,5-3,0 км и более. Специфика ведения горных работ на больших глубинах (более 550-600 м) связана с трудностью обеспечения технологически удовлетворительного состояния подготовительных выработок, особенно в зонах влияния 2 9826 1 2007.10.30 очистных работ. Это объясняется переходом горных пород в окрестностях подготовительных выработок под воздействием значительных напряжений в предельное состояние. Следствием этого является повышенная интенсивность деформирования породных массивов и смещений пород на контуре сечения подготовительных выработок. Задача предполагаемого изобретения - снижение потерь полезного ископаемого в целиках, уменьшение объемов горно-проходческих работ и затрат на поддержание панельных и слоевых выработок. Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе разработки мощного калийного пласта на больших глубинах, включающем разделение пласта на панели, а в пределах панелей на слои, параллельные плоскостям напластования пород, отработку слоев в нисходящем порядке лавами с использованием панельных подготовительных, слоевых и монтажных выработок, проходку между слоевыми и панельными подготовительными выработками вспомогательных выработок, при этом мощность верхнего слоя принимают меньше предельной мощности слоя, при превышении которой возможно образование в результате ведения горных работ водопроводящих трещин между выработанным пространством и водоносными горизонтами, расположенными в подрабатываемой породной толще панельные подготовительные выработки проходят в надработанном массиве с отставанием от лав верхнего слоя слоевые выработки по верхнему слою создают путем сооружения породных полос за лавами верхнего слоя на удалении от краевой части массива полезного ископаемого, равном ширине слоевой выработки причем длину лавы верхнего слоя принимают равной расстоянию между слоевой выработкой, создаваемой в отрабатываемой панели, и породной полосой, сооруженной при отработке рядом расположенной панели, а расстояниеот панельных подготовительных выработок до плоскостей, перпендикулярных к напластованию и проходящих через неподвижные краевые части массива полезного ископаемого, образовавшиеся при отработке лавы верхнего слоя, выбирают из соотношения(1) 1 с,где а - ширина породной полосы- расстояние от кровли панельной подготовительной выработки до верхнего слоя- ширина слоевой выработки с - ширина зоны разгрузки надработанного массива от повышенных напряжений, образующейся вблизи неподвижной краевой части массива полезного ископаемого, формируемой при отработке лавы верхнего слоя. Сущность заявляемого способа поясняется схемами, представленными на фиг. 1-3 фиг. 1 - вид в плане первой (начало ведения очистных работ, например, в крыле шахтного поля) панели в период отработки верхнего слоя фиг. 2 - вид в плане второй (аналогично и последующих панелей) в период их отработки фиг. 3 - схема, поясняющая место расположения панельных подготовительных выработок относительно неподвижных краевых частей массива полезного ископаемого, образовавшихся при отработке лавы верхнего слоя. Сплошными линиями показаны выработки, пройденные по верхнему слою, пунктирными линиями - выработки, пройденные в породах почвы верхнего слоя. На фиг. 1-31 и 2 - лавы, отрабатывающие соответственно верхний и нижний слои в первой панели 3 и 4 - лавы, отрабатывающие соответственно верхний и нижний слои во второй панели в - длина лавы верхнего слоя нп - длина лавы 2 нижнего слоя нв - длина лавы 4 нижнего слоя 5, 6, 15 - слоевые выработки 7, 8, 9, 12, 13 - панельные подготовительные выработки 10, 11, 14 - вспомогательные выработки 16 - породная полоса 17 - эпюра напряжений, перпендикулярных плоскостям напластования пород (эпюра опорного давления), возникающих над неподвижной краевой частью массива полезного ископаемого, образовавшейся при отработке лавы верхнего слоя 18 - эпюра напряжений, перпендикулярных плоскостям напластования пород, в почве верхнего слоя в выработанном пространстве верхней лавы АВ, ,- неподвижные краевые части 3 9826 1 2007.10.30 массива полезного ископаемого, образовавшиеся при отработке лав верхнего слоярасстояние от забоя лавы верхнего слоя до забоев проходимых панельных подготовительных выработок Р - плоскость, перпендикулярная к напластованию и проходящая через неподвижную краевую часть массива полезного ископаемого, образовавшуюся при отработке лавы верхнего слоя,- расстояние от подготовительной выработки до плоскости,перпендикулярной к напластованию и проходящей через неподвижную краевую часть массива полезного ископаемого, образовавшуюся при отработке лавы верхнего слоя 0 естественный уровень напряжений в массиве, не нарушенном горными работами в мощность верхнего слоя- угол между граничной плоскостью , разделяющей области с повышенными и пониженными напряжениями, и плоскостью , перпендикулярной к напластованию и проходящей через краевую часть породной полосы, расположенной со стороны выработанного пространства. Способ осуществляют следующим образом. Пласт делят на панели, а в пределах панелей на слои (верхний и нижний), параллельные плоскостям напластования пород. Под панелью понимают часть пласта полезного ископаемого, отработку которого осуществляют с использованием конкретных панельных выработок. Например, первую панель (фиг. 1) отрабатывают с использованием панельных выработок 7, 8, 9. Первая панель включает часть пласта полезного ископаемого, отрабатываемую лавами 1 и 2. Границами первой панели в пределах верхнего слоя являются слоевые выработки 5 и 6, в пределах нижнего слоя - панельные подготовительные выработки 7 и 9. Вторая панель(фиг. 2) включает часть пласта полезного ископаемого, отрабатываемую лавами 3 и 4. Границами второй панели в пределах верхнего слоя являются слоевые выработки 15 и 5, в пределах нижнего слоя - панельные подготовительные выработки 12 и 7. Мощность верхнего слоя принимают меньше предельной мощности слоя, при превышении которой возможно образование в результате ведения горных работ водопроводящих трещин между выработанным пространством и водоносными горизонтами, расположенными в подрабатываемой породной толще. Слои отрабатывают в нисходящем порядке лавами. С опережением отрабатывают верхний слой. В первой панели верхний слой отрабатывают лавой 1, нижний слой - лавой 2. Во второй панели верхний слой отрабатывают лавой 3, нижний слой - лавой 4. Для транспортного и вентиляционного обеспечения лав используют лавы 1 верхнего слоя - панельные подготовительные выработки 7, 8 и 9, слоевые выработки 5 и 6,вспомогательные выработки 10 и 11 лавы 2 нижнего слоя - панельные подготовительные выработки 7, 8 и 9, выполняющие одновременно функции слоевых выработок лавы 3 верхнего слоя - панельные подготовительные выработки 12, 13, 7 и 8, слоевые выработки 15 и 5, вспомогательные выработки 11 и 14 лавы 4 нижнего слоя панельные подготовительные выработки 12, 13, 7 и 8, выполняющие одновременно функции слоевых выработок. При отработке верхнего слоя (фиг. 2) во второй панели (аналогично и в последующих панелях) в надработанном - массиве с отставанием от лавы 3 проходят панельные подготовительные выработки 12 и 13. Слоевую выработку 15 по верхнему слою образуют путем сооружения породных полос 16 шириной а за лавой 3 верхнего слоя на удалении от краевой частимассива полезного ископаемого, равном ширине(фиг. 3) слоевой выработки 15. Длину лавы верхнего слоя В принимают равной расстоянию между слоевой выработкой 15 и породной полосой, сооруженной при отработке рядом расположенной панели,т.е. отработку верхнего слоя ведут без оставления целиков полезного ископаемого между панелями. Расстояние 1 от панельных подготовительных выработок 12 и 13 до плоскостей Р(фиг. 3), перпендикулярных к напластованию и проходящих через неподвижные краевые 4 9826 1 2007.10.30 части массива полезного ископаемого, образовавшиеся при отработке лавы верхнего слоя,определяют из выражения (1). По сравнению с известным способом 2 использование заявляемого способа на больших глубинах разработки позволяет на 10-15 и более уменьшить эксплуатационные потери в целиках полезного ископаемого, оставляемых между панелями в 1,3-1,5 раза снизить затраты на поддержание подготовительных выработок и более чем в два раза уменьшить объемы горно-проходческих работ в пределах панели. С увеличением глубины разработки эффективность использования заявляемого способа возрастает. Областью наиболее эффективного использования заявляемого способа являются рудники, отрабатывающие пологие калийные пласты мощностью 4,5-5,0 м на глубинах более 550-600 м. 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. В пределах панели третий калийный пласт делят на два слоя с мощностями верхний -1,3 м, нижний - 2,3 м. Слои отрабатывают в нисходящем порядке. Последовательность выполнения горных работ в панелях иллюстрируется схемой,приведенной на фиг. 2 (вторая и последующие панели). В рассматриваемых горно-геологических условиях предельная мощность слоя, при превышении которой возможно возникновение водопроводящих трещин между выработанным пространством и водоносными горизонтами, составляет около 1,8 м ширина зоны разгрузки с (фиг. 3) надработанного массива от повышенных напряжений, образующейся вблизи неподвижных краевых частей массива полезного ископаемого при отработке лавы верхнего слоя, составляет 35-40 м ширина породной полосы равна 4,5-5,0 м расстояние от кровли панельной подготовительной выработки до верхнего слоя 0,9-1,0 м ширина слоевой выработки 3,0 м. Подготовительные выработки 12 и 13 проходят на расстояниидо плоскости Р (фиг. 3), величину которого определяют из соотношения 9 м 35 м. Верхний слой отрабатывают лавой 3 длиной в 200 м. Одновременно с отработкой верхнего слоя в надработанном массиве в пределах разгруженной от горного давления области проходят панельные подготовительные выработки 12 и 13. Расстояниемежду забоями панельных подготовительных выработок и лавой 3 принимают равным 70-100 м. За лавой на расстоянии 3 м от краевой частимассива сооружают породную полосу 16. В результате этого мероприятия создают слоевую выработку 15. Для обеспечения транспортных и вентиляционных связей между выработками 15 и 12 (13) периодически проходят вспомогательные выработки 14. Расстояние между вспомогательными выработками 14 принимают равным 70-75 м. Лава 4 нижнего слоя начинает работу после завершения очистных работ в лаве 3 верхнего слоя. При работе лавы 4 повторно используют панельные подготовительные выработки 12 и 13, а также панельные подготовительные выработки 7 и 8 ранее отработанной соседней панели. После отработки верхнего слоя, в монтажной камере 10 (фиг. 3) монтируют очистное оборудование и начинают отработку нижнего слоя лавой 2 в направлении, противоположном направлению движения лавы 1. При этом, для транспортного и вентиляционного обслуживания лавы 2 используют подготовительные выработки 5, 6 и 7. Использование заявляемого способа на 4-м руднике РУП ПО Беларуськалий при отработке третьего калийного пласта на больших глубинах позволяет уменьшить потери полезного ископаемого на 15-20 . За счет сокращения общего числа слоевых и панельных подготовительных выработок объемы горнопроходческих работ в панелях уменьшаются в 2-2,5 раза. Общие затраты на поддержание слоевых и панельных подготовительных выработок снижаются на 50-60 и более. Снижение этих затрат происходит за счет 5 9826 1 2007.10.30 улучшения условий поддержания подготовительных выработок, исключения отрицательного влияния на них очистных работ и уменьшения общей длины поддерживаемых выработок. Источники информации 1. Братченко Б.Ф., Устинов М.И., Гапанович Л.Н. Способы вскрытия, подготовки и системы разработки шахтных полей. - М. Недра, 1985. - С. 176. 2. Нормативные и методические документы по ведению горных работ на Старобинском месторождении калийных солей. - Солигорск-Минск, 1995. - С. 129-134 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6