close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY8196

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 8196
(13) C1
(19)
(46) 2006.06.30
(12)
7
(51) E 21C 41/16
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ РАЗРАБОТКИ МОЩНОГО ПОЛОГОГО ПЛАСТА
ПОЛЕЗНОГО ИСКОПАЕМОГО НА БОЛЬШИХ ГЛУБИНАХ
(21) Номер заявки: a 20030857
(22) 2003.09.08
(43) 2005.03.30
(71) Заявители: Общество с ограниченной ответственностью "Проекция
мысли" (BY); Зубов Владимир Павлович (RU)
(72) Авторы: Зубов Владимир Павлович
(RU); Смычник Анатолий Данилович (BY); Кириенко Валерий Михайлович (BY); Плескунов Владимир
Николаевич (BY)
(73) Патентообладатели: Общество с ограниченной ответственностью "Проекция мысли" (BY); Зубов Владимир Павлович (RU)
(56) Нормативные и методические документы по ведению горных работ на
Старобинском месторождении калийных солей. - Солигорск-Минск, 1995. С. 129-134.
SU 1434109 A1, 1988.
RU 2206741 C2, 2003.
RU 2101498 C1, 1998.
BY 8196 C1 2006.06.30
(57)
1. Способ разработки мощного пологого пласта полезного ископаемого на больших
глубинах, включающий разделение пласта на панели, а в пределах панелей на два слоя,
параллельные плоскостям напластования пород, подготовку слоев к отработке путем проведения подготовительных выработок и монтажных камер, последовательную отработку
слоев в нисходящем порядке лавами, отличающийся тем, что верхний слой отрабатывают лавой, перемещающейся к границе панели, для отработки лавы верхнего слоя по
данному слою проходят слоевые выработки, а в надрабатываемом массиве - подготовительные выработки, между слоевыми и подготовительными выработками проходят вспомогательные выработки, после завершения отработки верхнего слоя производят отработку нижнего
Фиг. 3
BY 8196 C1 2006.06.30
слоя с повторным использованием подготовительных выработок лавой, перемещающейся
в направлении, противоположном направлению перемещения лавы верхнего слоя, причем
расстояние от кровли подготовительных выработок до верхнего слоя принимают больше
глубины зоны повышенного разрушения пород, образующейся в массиве, надрабатываемом лавой верхнего слоя, а расстояние 1 от подготовительных выработок до плоскостей,
перпендикулярных напластованию и проходящих через неподвижные краевые части массива полезного ископаемого, образовавшиеся при отработке лавы верхнего слоя, определяют из соотношения:
а + b ≤ 1 ≤ с,
где а - ширина зоны повышенной интенсивности расслоения и деформирования надработанной породной толщи, прилегающей к неподвижным краевым частям массива полезного ископаемого под воздействием напряжений, параллельных плоскостям напластования
пород;
b - расстояние от кровли подготовительной выработки до верхнего слоя;
с - ширина зоны разгрузки надработанного массива от повышенных напряжений, образующихся вблизи неподвижных краевых частей массива полезного ископаемого, формируемых при отработке лавы верхнего слоя.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при проведении подготовительных выработок с отставанием от лавы верхнего слоя расстояние от ближайшей к лаве вспомогательной выработки до забоя лавы верхнего слоя принимают меньше предельного
расстояния, при превышении которого возникает необходимость в выполнении ремонтных работ в слоевых выработках.
Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной
разработке мощных пологих пластов полезных ископаемых.
Известны способы разработки мощных пластов полезных ископаемых (Б.Ф. Братченко, М.И. Устинов, Л.Н. Гапанович. Способы вскрытия, подготовки и системы разработки шахтных полей. - М.: Недра, 1985. - С. 176 [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, монтаж 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 горнопроходческих работ.
Известен способ разработки мощных пластов полезных ископаемых, включающий
разделение пласта полезного ископаемого на два слоя, параллельные плоскостям напластования пород и отрабатываемые в нисходящем порядке, подготовку столбов полезного
ископаемого к отработке путем проведения подготовительных выработок и монтажных
камер, монтаж 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 (В кн. Нормативные и
методические документы по ведению горных работ на Старобинском месторождении калийных солей. - Слуцкая типография, 1995. - С. 129-134 - прототип [2]).
2
BY 8196 C1 2006.06.30
Недостатками данного способа-прототипа при использовании его на больших глубинах являются:
1. 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
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. Характерным
для глубоких соляных и угольных шахт является расслоение и образование складок в породных слоях кровли и почвы подготовительных выработок. Обнаженные при проведении
подготовительной выработки слои кровли (почвы) в условиях больших глубин разработки
деформируются под воздействием напряжений, параллельных напластованию пород. Возникновение этих напряжений связано с выдавливанием пород из зон опорного давления,
возникающих в боках выработок и над краевыми частями массива. Процесс образования
складок проявляется в подготовительных выработках в виде пучения пород почвы и разломов породных слоев кровли. Из-за значительных деформаций повторное использование
подготовительных выработок практически невозможно.
2. Значительные объемы горнопроходческих работ, связанных с проведением подготовительных выработок. При использовании известного способа-прототипа каждая лава
подготавливается индивидуальными подготовительными выработками. Общее число проходимых и поддерживаемых подготовительных выработок, обеспечивающих работу двух
лав в панели, (например, на калийных рудниках РУП ПО "Беларуськалий") достигает 7.
Задачей заявляемого способа является снижение затрат на поддержание подготовительных выработок и объемов горнопроходческих работ при отработке мощного пологого
пласта полезного ископаемого на больших глубинах.
Для решения данной задачи пласт делят на панели, а в пределах каждой панели на два
слоя, параллельные плоскостям напластования пород. Подготовку слоев к отработке осуществляют путем проведения подготовительных выработок и монтажных камер. Порядок
отработки слоев - нисходящий, слои отрабатывают лавами.
Заявляемый способ отличается от известных способов тем, что верхний слой отрабатывают лавой, перемещающейся к границе панели. Для отработки лавы верхнего слоя по
данному слою проходят слоевые выработки, а в надрабатываемом массиве - подготовительные выработки. Между слоевыми и подготовительными выработками проходят вспомогательные выработки. После завершения отработки верхнего слоя производят
отработку нижнего слоя с повторным использованием подготовительных выработок лавой, перемещающейся в направлении, противоположном направлению перемещения лавы
верхнего слоя. При этом расстояние от кровли подготовительных выработок до верхнего
слоя принимают больше глубины зоны повышенного разрушения пород, образующейся в
массиве, надрабатываемом лавой верхнего слоя, а расстояние от подготовительных выработок до плоскостей, перпендикулярных к напластованию и проходящих через неподвижные краевые части массива полезного ископаемого, образовавшиеся при отработке лавы
верхнего слоя, определяют из выражения:
(1)
b + а ≤ l ≤ с,
где а - ширина зоны повышенной интенсивности расслоения и деформирования надработанной породной толщи, прилегающей к неподвижным краевым частям массива полезного ископаемого под воздействием напряжений, параллельных плоскостям напластования
пород;
b - расстояние от кровли подготовительной выработки до верхнего слоя;
3
BY 8196 C1 2006.06.30
с - ширина зоны разгрузки надработанного массива от повышенных напряжений, образующейся вблизи неподвижных краевых частей массива полезного ископаемою, формируемых при отработке лавы верхнего слоя.
При проведении подготовительных выработок с отставанием от лавы верхнего слоя
расстояние от ближайшей к лаве вспомогательной выработки до забоя лавы верхнего слоя
принимают меньше предельного расстояния, при превышении которого возникает необходимость в выполнении ремонтных работ в слоевых выработках.
Предлагаемый способ поясняется схемами, представленными на фиг. 1-4:
на фиг. 1 вид в плане одной панели в период отработки лавы верхнего слоя при проведении подготовительных выработок с отставанием от забоя верхней лавы;
на фиг. 2 вид в плане одной панели в период отработки лавы верхнего слоя при проведении подготовительных выработок с опережением забоя лавы верхнего слоя;
на фиг. 3 вид в плане одной панели в период отработки лавы нижнего слоя;
на фиг. 4 схема, поясняющая выбор места расположения подготовительных выработок
относительно неподвижных краевых частей массива полезного ископаемого, образовавшихся при отработке лавы верхнего слоя (разрез по I-I, фиг. 3).
На фиг. 1-4: АВСД - участок пласта, отрабатываемый лавой верхнего слоя; NMKL участок пласта, отрабатываемый лавой нижнего слоя; 1, 2 - лавы, отрабатывающие соответственно верхний и нижний слои (стрелками показано направление подвигания лав); lв длина лавы верхнего слоя; lн - длина лавы нижнего слоя; 3, 4 - слоевые выработки; 5, 6, 7 подготовительные выработки; 8 - вспомогательные выработки; S - расстояние от забоя лавы верхнего слоя до ближайшей к лаве вспомогательной выработки; 9 - монтажная камера
лавы 1 верхнего слоя; 10-монтажная камера лавы 2 нижнего слоя; l - расстояние от подготовительной выработки до плоскости, перпендикулярной к напластованию, и проходящей
через неподвижную краевую часть массива полезного ископаемого, образовавшуюся при
отработке лавы верхнего слоя; 11 - эпюра напряжений, перпендикулярных плоскостям напластования пород (эпюра опорного давления), возникающих над неподвижной краевой
частью массива полезного ископаемого, образовавшейся при отработке лавы верхнего
слоя; 12 - эпюра напряжений, перпендикулярных плоскостям напластования пород, в почве верхнего слоя в выработанном пространстве лавы 1; σ0 - естественный уровень напряжений в массиве, не нарушенном горными работами; 13 - граница области повышенных
напряжений, возникающих под неподвижной краевой частью массива полезного ископаемого (АД, фиг. 3), образовавшейся при отработке лавы верхнего слоя; mв - мощность
верхнего слоя; β - угол между граничной плоскостью N, разделяющей области с повышенными и пониженными напряжениями, и плоскостью М, перпендикулярной к напластованию и проходящей через неподвижную краевую часть массива полезного
ископаемого, образовавшуюся при отработке лавы верхнего слоя; 14 - кривая, иллюстрирующая изменение интенсивности пучения пород почвы в выработанном пространстве
лавы верхнего слоя по мере удаления от неподвижной краевой части массива; ψ - угол
полных обрушений пород кровли в выработанном пространстве лавы верхнего слоя; Z глубина зоны повышенного разрушения пород, образующейся в массиве, надрабатываемом лавой верхнего слоя (зона повышенного разрушения образуется под воздействием на
породы временного опорного давления, возникающего впереди лавы 1, и последующей
разгрузки массива за лавой).
При реализации заявляемого способа верхний слой (фиг. 1 и фиг. 2) в пределах участка АВСД отрабатывают лавой 1, перемещающейся к границе панели АВ. Отработку верхнего слоя начинают от монтажной камеры 9. По данному слою проходят слоевые
выработки 3 и 4, а в надрабатываемом (нижерасположенном) массиве - подготовительные
выработки 5, 6 и 7. Между слоевыми и подготовительными выработками периодически
проходят вспомогательные выработки 8. После прохождения очередной вспомогательной
4
BY 8196 C1 2006.06.30
выработки 8 ранее пройденная вспомогательная выработка и участок слоевой выработки 3
(4) за пределами расстояния S (фиг. 1) погашаются.
Подготовительные выработки 5, 6 и 7 могут проходиться как с отставанием от забоя
лавы верхнего слоя (фиг. 1), так и с опережением забоя лавы верхнего слоя (фиг. 2).
Нижний слой начинают отрабатывать после завершения отработки верхнего слоя. Отработку нижнего слоя в пределах участка NMKL производят лавой 2 от монтажной камеры 10 в направлении, противоположном направлению перемещения лавы верхнего слоя.
Для транспортного и вентиляционного обеспечения лавы 2 нижнего слоя используются
подготовительные выработки 5, 6 и 7.
Реализация указанной выше совокупности существенных признаков позволяет уменьшить затраты на поддержание подготовительных выработок и объемы горнопроходческих
работ при отработке мощных пологих пластов полезных ископаемых на больших глубинах.
Отработка верхнего слоя лавой, перемещающейся к границе панели, позволяет произвести опережающую разгрузку от повышенных напряжений массива, в котором проходят
подготовительные выработки, а, следовательно, создать благоприятные условия для поддержания подготовительных выработок. Отработка нижнего слоя лавой, перемещающейся
в направлении, противоположном направлению перемещения лавы верхнего слоя, позволяет уменьшить затраты на поддержание участков подготовительных выработок, расположенных за лавой нижнего слоя.
Выполнение условия (1) обеспечивает возможность поддержания подготовительных
выработок в течение всего срока их существования:
в областях надработанного массива, разгруженных от повышенных напряжений, перпендикулярных плоскостям напластования пород, образующихся вблизи неподвижных
краевых частей массива полезного ископаемого, формируемых при отработке лавы верхнего слоя (l ≤ с);
за пределами зоны повышенной интенсивности расслоения и деформирования надработанной породной толщи, прилегающей к неподвижным краевым частям массива полезного ископаемого, под воздействием напряжений, параллельных плоскостям напластования пород (b + а ≤ l).
При определении минимально допустимого расстояния l = b + а от подготовительных
выработок до плоскостей, перпендикулярных к напластованию и проходящих через неподвижные краевые части массива полезного ископаемого, образовавшиеся при отработке
лавы верхнего слоя, учитывались следующие факторы:
наиболее "чувствительными" к воздействию напряжений, параллельных плоскостям
напластования пород, являются слои, залегающие в кровле подготовительных выработок;
угол β между граничной плоскостью N, разделяющей области с повышенными и пониженными напряжениями, и плоскостью М, перпендикулярной к напластованию и проходящей через неподвижную краевую часть массива полезного ископаемого, образовавшуюся
при отработке лавы верхнего слоя, примерно равен 45°.
При расположении подготовительных выработок от верхнего слоя на расстоянии b,
большем Z (фиг. 4), исключается отрицательное влияние указанной зоны на устойчивость
подготовительных выработок, а, следовательно, и стоимость их поддержания.
Выполнение условия, изложенного во втором пункте формулы изобретения, исключает необходимость выполнения ремонтных работ в слоевых выработках.
Уменьшение объемов горнопроходческих работ при реализации заявляемого способа
достигается тем, что подготовительные выработки 5, 6 и 7 (при технологически удовлетворительном их состоянии и минимальных затратах на поддержание) используются дважды - вначале при отработке лавы верхнего слоя, затем при отработке лавы нижнего слоя.
Кроме того, подготовительные выработки, поддерживаемые в разгруженных от повышенного горного давления зонах, могут быть использованы при отработке других панелей.
5
BY 8196 C1 2006.06.30
Параметры заявляемого способа (b, а, с, z, s) определяют в зависимости от конкретных
горно-геологических условий отработки пластов путем проведения шахтных, лабораторных или аналитических исследований.
По сравнению с известным способом - прототипом использование заявляемого способа на больших глубинах разработки позволяет в несколько раз уменьшить затраты на поддержание подготовительных выработок и в 1,3- 1,5 раза и более уменьшить объемы
горнопроходческих работ, а следовательно и затраты на проведение подготовительных
выработок.
Областью наиболее эффективного использования заявляемого способа являются шахты, отрабатывающие пологие пласты полезных ископаемых (главным образом, угольные и
соляные) мощностью 3,5-7,0 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 схемами,
приведенными на фиг. 1 и фиг. 3. Верхний слой отрабатывают от монтажной камеры 9
(фиг. 1) лавой 1 длиной lв = 180 м. Одновременно с отработкой верхнего слоя проходят
слоевые выработки 3, 4 и подготовительные выработки 5, 6, 7. Слоевые выработки 3, 4
проходят на одной линии с забоем лавы верхнего слоя путем открепления части выработанного пространства, подготовительные выработки 5, 6, 7 проходят с отставанием от забоя лавы верхнего слоя.
Для охраны слоевых выработок 3 и 4 между ними и выработанным пространством
возводят породные полосы шириной 5 м.
В рассматриваемых горно-геологических условиях:
ширина зоны повышенного деформирования надработанной породной толщи (а,
фиг. 4), прилегающей к неподвижным краевым частям массива полезного ископаемого,
под воздействием напряжений, параллельных плоскостям напластования пород, равна 56 м;
ширина зоны разгрузки (с) надработанного массива от повышенных напряжений, перпендикулярных плоскостям напластования пород, образующейся вблизи неподвижных
краевых частей массива полезного ископаемого при отработке лавы верхнего слоя, составляет 35-40 м;
глубина зоны повышенного разрушения пород z, образующейся в массиве, надрабатываемом верхней лавой, составляет 0,7-0,8 м;
предельное расстояние, при превышении которого возникает необходимость в выполнении ремонтных работ в слоевых выработках 3 и 4, поддерживаемых за лавой 1, при охране их породными полосами составляет 400-500 м.
С учетом указанных горно-геологических и горнотехнических условий отработки пласта основные параметры заявляемого способа принимают равными:
350 м - расстояние S между лавой верхнего слоя и ближайшей к ней вспомогательной
выработкой 8 (расстояние между вспомогательными выработками);
0,9-1,0 м - расстояние b от кровли подготовительной выработки до верхнего слоя.
Подготовительные выработки 5, 6, 7 проходят на расстоянии 1 до плоскостей, перпендикулярных к напластованию, и проходящих через неподвижные краевые части массива
полезного ископаемого, образовавшиеся при отработке лавы верхнего слоя, величину которого определяют из выражения:
7 м ≤ l ≤ 35 м.
6
BY 8196 C1 2006.06.30
При прохождении лавой расстояний, равных 350 м, проходят очередные вспомогательные выработки 8, а участки слоевых выработок 3 и 4, расположенные на удалении более 350 м от лавы верхнего слоя, погашают.
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-ом руднике РУП ПО "Беларуськалий" при
отработке Третьего калийного пласта на больших глубинах позволяет за счет сокращения
общего числа подготовительных выработок в панели уменьшить объемы горнопроходческих работ на 30 % и более.
Затраты на поддержание подготовительных выработок снижаются в 3-3,5 раза и более.
Снижение этих затрат происходит за счет улучшения условий поддержания подготовительных выработок, исключения отрицательного влияния на них очистных работ и
уменьшения общей длины поддерживаемых выработок.
Источники информации:
1. Б.Ф. Братченко, М.И. Устинов, Л.Н. Гапанович. 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. - Слуцкая типография, 1995. - С. 129-134 (прототип).
Фиг. 1
Фиг. 2
7
BY 8196 C1 2006.06.30
Фиг. 4
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
8
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
141 Кб
Теги
by8196, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа