Способ комбинированной разработки месторождений полезных ископаемых

Способ комбинированной разработки месторождений полезных ископаемых

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при комбинированной разработке месторождений открытым и подземным способом. Цель - повышение безопасности :руда горнорабочих, увеличение полноты отработки запасов, снижение расхода материалов на закрепление откосов бортов карьеров за счет увеличения их устойчивости путем создания области повышенного горного давления и трения в нижней части потенциальной поверхности Изобретение относится к горной промышленности , в частности к комбинированным открытоподземным способам разработки месторождений твердых полезных ископаемых, и может быть использовано при добыче рудных полезных ископаемых, угля, горнохимического сырья и строительных материалов Известен способ комбинированной разработки месторождений полезных ископаемых , включающий вскрытие месторождения открытыми и подземными горными выработками, пройденными с поверхности скольжения. Месторождение вскрывают одновременно карьером и подземными горными выработками, образующими зону опорного давления. В зоне рассчитывают удерживающие силы (УС), действующие по поверхности скольжения, и сдвигающие силы (СС). Определяют разность между УС. умноженными на коэффициент внутреннего трения и СС. На потенциальной поверхности скольжения определяют точку, в которой УС равны СС, и проводят через нее плоскость нормально к направлению падений рудного тела. Принимая линию пересечения данной плоскости с поверхностью рудного тела за границу ведения горных работ , извлекают полезное ископаемое подземным способом под той частью потенциальной поверхности скольжения, на которой СС больше УС. и оставляют его невыработанным под той частью, на которой СС меньше УС. В случае углубления карьера приведенный цикл работ пстгоряют, при этом при каждом последующем цикле извлекают запасы, оставшиеся невыработанными при предыдущем цикле. 6 ил и последующую взаимно не увязанную в пространстве одновременную открытоподземную разработку. Недостатками данного способа являются повышенные затраты как на вскрытие месторождения, так и на его отработку вследствие того, что недостаточно учитываются геомеханические факторы взаимодействия открытых и подземных горных работ, что ведет к увеличению объемов горнокапитальных и вскрышных работ в результате выполаживания бортов карьеров и оставления значительных барьерных целиков между карьером и вскрывающими шахтными (Л С ч ел 00 ю 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s Е 21 С 41/00

ГОСУДАР СТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКит СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4776046/03 (22) 02.01.90 (46) 15.08.92,Бюл. М, 30 (71) Институт проблем комплексного освоения недр АН СССР (72) К.Н.Трубецкой, В,Н.Скуба, M.À.Èîôèñ.

B.È,ØèLUêèH и Б.Н.Поставнин (56) Справочйик по горному делу. M.: Недра, 1983, с.207-208, рис.20.

Авторское свидетельство СССР

N. 1060794; кл, Е 21 С 41/16, 1982. (54) СПОСОБ КОМБИНИРОВ АННОЙ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ

ИСКОПАЕМЫХ (57) Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при комбинированной разработке месторождений открытым и подземным способом. Цель — повйшение безопасности -;руда горнорабочих. увелйчение полноты отработки запасов, снижение расхода материалов на закрепление откосов бортов карьеров эа счет увеличения их устойчивости путем создания области повышенного горного давления и трения в нижней части потенциальной поверхности

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к комбинированным открытоподземным способам разработки месторождений твердых полезных ископаемых, и может быть использовано при добыче рудных полезных ископаемых, угля, горнохимического сырья и строительных материалов, Известен способ комбинированной разработки месторождений полезных ископаемых, включающий вскрытие месторождения открытыми и подземными торными выработками, пройденными с поверхности

„„5Q 1754898 А1

: cKolIb eHH . Месторождение вскрывают одновременно карьером и подземными горными выработками, образующими зону опорного давления. B зоне рассчитывают удерживающие силы (УС), действующие по поверхности скольжения, и сдвигающие си- лы (СС). Определяют разность между УС, умноженными на коэффициент внутреннего трения и СС. На потенциальной поверхности скольженйя определяют точку, в которой YC равны СС, и проводят через нее плоскость нормально к направлению падений рудного тела. Принимая линию пересечения данной плоскости с поверхностью рудного тела за границу ведения горных работ, извлекают полезное ископаемое под-: земным способом под той частью потенциальной поверхности скольжения, на которой СС больше УС, и оставляют его невыработанным под той частью, на которой СС меньше УС. В случае углубления карьера прйведенный цикл работ псзторяют, при этом при каждом последующем цикле извлекают запасы, оставш,еся невыработанными при предыдущем цикле.

6 ил. и последующую взаймно не увязанную в пространстве одновременную открытоподэемную разработку.

Недостатками данного способа являются повышенные затраты как на вскрытие месторождения, так и на его отработку вследствие того, что недостаточно учитываются геомеханические факторы взаимодействия открытых и подземных горных работ, что ведет к увеличению объемов горнокапита lbHblx и вскрышных работ в результате выполаживания бортов карьеров и оставления значительных барьерных целиков между карьером и вскрывающими шахтными

1754898 ми выработками с поверхности и комбинированную отработку за счет повыпоследующую одновременную отработку шения устойчивости бортов карьера и кровместорождений карьером и из подземных . ли подземных горных выработок путем горных выработок с оставлением барьер- 10 увеличения сил сжатия и трения по поверхности скольжения, что обеспечивает снижение затрат" ий искусственное закрепление ных целиков, Недостатки описанного способа следующие: Недостаточная эффективность комбортов карьера, сокращение объема подбинированной отработки ввиду земных горных выработок и потерь полезнеобходимости оставления значительных 15 ных ископаемых за счет уменьшения барьерных целиков между карьером и размеров предохр*нительного барьерного вскрывающим шахтным стволами; что при-: целика, водит как к повышенным матерйальным и Определение- устойчивости откосов временным затратам на отработку йрйкон- бортов карьера с учетом влияния зоны опортурных.зон карьеров Спецйальными спосо- 20 ного давления обеспечивает получение знабами, так и к возможйым дополнительным чений безопасных углов откосов и бортов потерям полезных ископаемых; снижение устойчивости бортов карьера и, как следствие, ухудшение условий его эксплуатации карьера еще на стадии проектирования, что в свою очередь, позволяет снизить непроизводительные затраты при сооружении карьтакже путем упрочнения пород цемента- ления в плоскости пласта 1лл и на потенциальной поверхности скольжения к, а также цией, смолизацией и нагнетанием в массив копаемого путем вовлечения в отработку давления бочих и снижение затрат на закрепление вии опорного давленйя. откосов бортов карьеров путем увеличения 45 На фиг.3 — штрихпунктирной линией 2 их устойчивости и снижения потерь полез- показана эта же разность, но увеличенная за счет опорного давления. На указанном ных ископаемых

Поставленная цель достигается тем, что рисунке заштрихована площадь 3, соответствующая суммарному увеличению удерживающих сил; и площадь 4, которая равноценна площади 3 по своему воздейстмых, включающему их вскрытие открытыми вию на потенциальную поверхность скольи подземными горными выработками с поверхности и пОследующую одновременную жения. Площадь 4 показана для иллюстрации, так как в практике горного дала иногда пытаются укреплять откос пукопаемйх, подземные горные, выработки располагают таким образом, чтобы действие опорного давления от этих выработок тем его пригрузки насыпным грунтом, но такая насыпь крайне неустойчива, ее возведение представляет немалые трудности и распространялось на участки потенциаль- ведет к нарушению технологического цикла ной поверхности скольжения, на которой работ в карьере. стволами. Все это в целом снижает эффективность способа.

Известен также способ комбинированной разработки месторождений полезных ископаеМых, включающий вскрытие место- 5 рождений открытыми и подземйыми горныпри развитии подземных горных работ без 25 учета их влияния на потенциальную поверхность скольжения; повышение трудозатрат и расходов дефицитных материалов на искусственное укрепление бортов Карьеров путем сооружения железобетонных свай, 30 шпон и других аналогичных конструкций, а других укрепляющих растворов; снижение безопасности комбинированной отработки 35 месторождения в случае необходимости повышения пблноты выемки полезного испредохранительных и иного рода целиков ввиду отсутствия возможности управления 40 геомеханическими процессами.

Цель изобретения — повышейие безопасностй и эффективности труда горнорасогласно способу комбинированной разра- 50 ботки месторождений полезных ископаеотработку ими месторождений полезных ис- 55 силы трения больше или равны силам сдвигающим оползнеопасный горный массив, . Такое взаимное расположение открытых и подземных горных выработок позволяет эффективно и безопасно вести ера, управлять геомеханическими процессами при разработке месторождений, На фиг,1-4 представлен участок месторождения, отрабатываемый комбинированным открытоподземным способом.

На фи,1 показаны эпюры опорного давнормальная N4 и касательная 74 составляющие силы тяжести СМ при отсутствии опорного давления и такие же составляющие N4 . и Т4 но увеличившиеся за счет опорного

На фиг,2 йунктирной линией 1 показана разность между силами f Ц (где f — коэффицйент внутреннего трения пород), удерживающими оползневой массив от сползания, и сйлами Т, сдвигающими его при отсутст1754898 6

Месторождение 1 полезных ископаемых вскрывают с поверхности одновременно карьером 2 и подземными горными выработками 3 (фиг,3), которые образуют зону 4 опорного давления (фиг,4). Отработку

5 месторождения 1 осуществляют карьером 2 и подземными горными выработками 3, и рОходимыми по отношению к карьеру 2 с таким расчетом, чтобы зоны опорного давления попадали на участки потенциаль10 ной поверхности скольжения, на которых удерживающие силы 5 (умноженные на коэффициент внутреннего трения пород 1), действующие по поверхности 6 скольжения, превышали сдвигающие силы 7 (фиг.4).. 15

Последовательность технологических операций следующая.

С поверхности месторождений 1 вскрывают полезное ископаемое, сооружая одновременно карьер 2 и проходя подземные горные выработки 3 (фиг,3), Определяют разнбсть между удерживающими силамй 5, умноженными на коэффициент внутреннего

20 трения f, и сдвигающими силами 7, Находят на потенциальной поверхности скольжения точку А (фиг.1 и 2), в которой удерживающие силы равны сдвигающим, и проводят через нее .плоскость нормально к направленйю падения месторождения, Принимая линию

30 пересечения указанной плоскости с поверхностью месторождения за границу ведения горных работ, извлекают полезное ископаемое подземным способом под той частью, на которой сдвигающие силы мень35 ше удерживающих. В случае углубления карьера приведенный цикл работ повторяется, при этом при каждом последующем цикле извлекаются запасы, оставшиеся невыработанными при предыдущем цикле.

Пример, В масштабе 1;2000 иэобра40 жено вертикальное сечение борта карьера и пласта, разрабатываемого подземным способом. Для определения устойчивости откоса разобьем ополз невой массив вертикальными линиями на 8 полос шириной по 30 м каждая. Высоту полос условно примем за их вес и разложим на касательные Ti и нормальные Ni составляющие к поверхности скольжения. Все отрезки касаренн ые в миллиметрах, суммируем отдельно, а суммы умножаем на масштаб векторов Ti и Ni, который равен àÌ М

1000 где а — ширина полос:

) - объемный вес пород (в нашем случае y=2,5т/м ): тельных и нормальных составляющих, изме- 50

М вЂ” знаменатель масштаба, в котором построен чертеж, т.е, M=2000;

М вЂ” знаменатель масштаба, в котором построены вектора Тги Ni, в нашем случае

M =2.

Измеряем длину расчетной поверхности L и составляем отношение а с,Я Ti

rye f — коэффициент внутреннего трения пород по расчетной йоверхности скольжения (в нашем случае f=0,55); k — сила сцеп ления, приходящая на единицу площади этой поверхности (в данных условиях

k=5 т/м ).

В рассматриваемом примере

30 м 2,5 т/м 2000 2

= 300 т/м;

N)=9; Nz=17; Из=25; N4=25; Ma=22;

Ni.=13; йт=11; N8=5; Т)= 12; Тг=19; Та=19;

T4=12; Т5=8; Т6=3; Т7=2; Та=1 (в миллиметрах, без учета влияния подземных горных работ); L=325 м.

Отсюда

ZNi=127; ХТ =76; cZ Ц=38100 т/м ; с

ХТ =22800 т/м; f с ZNi= 20955 т/M ко=1625 т/м;

20955 + 1625 0 99 . 22800 что свидетельствует о превйшении сил, сдвигающих массив (знаменатель дроби), над силами, удерживающими его (числитель), т,е, характеризует неустойчивое состояние породного массива (n<1).

Определяем разность между силами f

Ni, удерживающими оползневой массив от сползания, и силами Т, сдвигающими его при отсутствии опорного давления, и по вычисленным значениям строим на потенциальной поверхности скольжения график указанных разностей. Из точки пересечения построенного графика с потенциальной поверхностью скольжения опускаем перпендикуляр на пласт и принимаем место пересечения этого перпендикуляра с пластом эа границу ведения горных работ подземным способом. Отрабатываем пласт под той частью потенциальной поверхности скольжения, на которой разность между f

М.-Т имеет отрицательные значения, При таком расположении подземной очистной выработки относительно потенциальной поверхности скольжения зона опор1754898 ного давлейия распространяется на вектоpbbs Й4, Т4, Й5, T5, NG Тб, Ni, Т7, ЙЯ и Т8, При коэффициенте концентрации равном 2 значейия указанных векторов будут равны: N4=50; й5=44; й6=26; Й7=22; Из=10;

Т4-24; Т5=16; Т6=6; Тт=4; Та=2. Следовательно, XNi увеличится на 76 ед., à ZTi — на 26 ед,: ZNt - 203; ХТ =102, Откуда с

XNt-60900 T/ì ; с ZTI=30600; Ф с

XN>-33500 тlм и 33500 + 1625 1 12 .30600

" что свидетельСтву о превышении сил, удерживающих массив, над силами сдвигающими его.

Таким образом, рекомендуемая Взаимо увязка подземных и открытых горных работ позволяет повысить величину трения по потенциальной поверхности скольжения и .обеспечить устойчивость бортов откосов . (n>1), находящихся s предельном или не-. устойчивом состоянии.

Заявленное техническое решение по- зволяет в целом получить положительный эффект, выражающийся в следующем: — повйшается безопасность и зффектйвность комбинированной рэзработкйместорождений открытоподземным способом. путем увелйчения устойчивости откосов бортов карьеров; — снижаются затраты на разработку месторождений комбинированным способом за счет рационального взаиморасположения карьера и подземных горных выработок путем перераспределения сил горного давлейия за счет увеличения сил сжатия и трения по поверхности скольжения горных йород; — сокращаются затраты на искусственное закрепление бортов карьеров; — повышается полнота выемки полезных ископаемых путем снижения размеров

5 предохранительных целиков между карьером и подземными горными выработками за счет рациональных, заранее рассчитанных геомеханических параметров разработки, 10 Формула изобретения

Способ комбинированной разработки месторождений полезных ископаемых, включающий вскрытие месторождения открытыми и подземными горными вырэбот15 ками с поверхности и поСледующую его отработку одновременно открытым и подземнымспособами, о тл ич а ю щи и с я тем, что, с целью повышения безопасности работ, увеличения полноты отработки зала20 сов, снижения расхода материалов на закрепление откосов бортов карьера за счет увеличения их устойчивости путем создания области повышенного горного давления и трения в нижней части потенциальной йо25 верхности скольжения; на указанной повер хности определяют точку,— в которой сдвигающие силы равны удерживающим, проводят через нее плоскость нормально к линйи падейия месторождения и, принимая

30 ее за границу подземного выработанного пространства, отрабатывают месторожде-, ние под той частью потенциальной поверхности скольжения, на которой сдвигающие силы больше удерживающих, и оставляют

35 его невыработанйым под той частью, на которой сдвигающйе силы меньше удерживающих.

1754898

Фиг 2 I

1754898 @

4uz 4

Составитель Л. Березкина

Редактор Л. Веселовская Техред M,Mîðãåíòàë Корректор Э. Сэлко

Заказ 2875 Тираж, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101