Спосіб завалювання налягаючих порід при камерній системі розробки

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной добыче полезных ископаемых камерными системами разработки. Известен способ обрушения налегающих пород при камерной системе разработки, заключающийся в принудительном обрушении кровли над камерами и целиками в выработанное пространство на участке, равном шагу естественного обрушения и на высоту, равную максимальному прогибу обнаженной кровли [Авт.св. СССР №855209, кл. Ε 21 С 41/06, 1981]. Недостатком данного способа является то, что при большом объеме массового принудительного обрушения возникают динамические и воздушные удары на днища камер и горные выработки, вызывающие опасные последствия для ведения горных работ. К тому же способ требует проведения большого объема подготовительных и буровзрывных работ, что увеличивает затраты на обрушение налегающих пород. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ обрушения налегающих пород при камерной системе разработки, включающий принудительное обрушение слоя пород над целиками и в прилегающей к ним зоне равной 02-08 ширины целиков и самообрушение слоя пород над камерами и целиками в пределах шага естественного обрушения. Ширина обуривания пород в прилегающей к целикам зоне равна или превышает ширину движущегося слоя пород с учетом коэффициента их разрыхления после взрыва. Породы над целиками и в прилегающей к ним зоне обрушают взрывным способом в определенной последовательности с замедлением между отдельными слоями. В результате массового взрыва В происходит подрыв породных опор над целиками и резко возрастает площадь горизонтального обнажения основной толщи пород. Это приводит к тому, что дальнейшее самообрушение пород происходит произвольно и неуправляемо. Вся отбитая над целиками порода вместе с разрушенными верхними рудными частями целиков, перемешиваясь выбрасывается в очистное пространство камер, увеличивая потери и засорение [Авт.св. СССР №907254, кл., Ε 21 С 41/06, 1982]. Причинами, препятствующими получению технического результата заявляемого изобретения являются: крупномасштабность массового принудительного обрушения кровли над камерами, междублоковыми и между камерными целиками, которая приводит к значительным динамическим и воздушным ударам на днище камеры и горные выработки и, несмотря на предпринимаемые меры, наносит материальный ущерб и отрицательно влияет на безопасность ведения горных работ; при массовом взрыве пород над камерами и целиками происходит неуправляемый разброс взорванной массы, что увеличивает потери руды и засорение ее; принудительное обрушение слоя пород над целиками и в прилегающих к ним зонах над камерами требует производства большого объема проходческих и буровзрывных работ в целиках и над ними, что связано с повышением затрат на обрушение налегающих пород. К недостаткам данного способа относятся: резкое скачкообразное увеличение о горизонтальном направлении площади обнажения пород над камерами и целиками, создающее опасность неуправляемого вне-запорного самообрушения слоя в большом объеме; отсутствует возможность предупреждения потерь возникающих, как вследствие смешения руды с породой в момент взрыва, так и вследствие того, что значительное количество потерянной руды остается на лежачем боку при отработке камер и целиков, что приводит к увеличению потерь и засорения руды; для выполнения принудительного обрушения пород над камерами, приходится выполнять большой объем проходческих и буровзрывных работ, что в целом увеличивает затраты на обрушение налегающих пород. Задача изобретения - разработка способа обрушения налегающих пород при камерной системе разработки, в котором за счет снижение объемов массового принудительного обрушения, создания возможности направленного сброса в камеру разрушенной верхней, угловой части целика, а также уменьшения объема подготовительных и буровых работ, достигают повышения безопасности ведения горных работ, снижения потерь и засорения руды, а также уменьшения затрат на обрушение налегающих пород. Задача была решена тем, что в способе обрушения налегающих пород при камерной системе разработки, заключающемся в принудительном обрушении слоя пород над целиками и самообрушении над камерами в пределах шага естественного обрушения, согласно изобретению, принудительное обрушение слоя пород над целиками производят направленной отбойкой верхних угловых, радиально расширяющихся в стороны лежачего бока частей целиковс последующим формированием над целиками вертикального обнажения слоя пород за пределы контура свода естественного равновесия с одновременным подрывом пяты свода, обеспечивающим сброс в зону выпуска задержавшейся руды у лежачего бока, нарушение устойчивости свода и самообрушение пород над камерами, прорыв и плавное сдвижение по наклонным площадкам целиков под углом большим угла естественного откоса в выработанное пространство разрушенных налегающих пород. Существенными признаками в данном изобретении являются; принудительное обрушение слоя пород над целиками; самообрушение слоя пород над камерами в пределах естественного обрушения; принудительное обрушение слоя пород над целиками направленной отбойкой верхних угловых, радиально расширяющихся в сторону лежачего бока частей целиков, обеспечивающее сброс в зону выпуска задержавшейся у лежачего бока руды; последующее формирование над целиками вертикального обнажения слоя пород за пределы контура свода естественного равновесия, обеспечивающего нарушение устойчивости свода и самообрушение пород над камерами; формирование над целиками вертикального обнажения с одновременным подрывом пяти свода, обеспечивающим прорыв и плавное сдвижение по наклонным площадкам целиков под углом большем угла естественного откоса в выработанное пространство разрушенных налегающих пород. Новыми существенными признаками являются: принудительное обрушение слоя пород над целиками направленной отбойкой верхних, угловых, радиально разрушающихся в сторону лежачего бока частей целиков, обеспечивающее сброс в зону выпуска задерживающейся у лежачего бока руды; последующее формирование над целиками вертикального обнажения слоя пород за пределы контура свода естественного равновесия, обеспечивающего самообрушение пород над камерами с нарушением устойчивости свода; формирование над целиками вертикального обнажения с одновременным подрывом пяты свода, обеспечивающим прорыв и плавное сдвижение по наклонным площадкам целиков под углом большим угла естественного откоса в выработанное пространство разрушенных налегающих пород. Направленную отбойку верхней, угловой, радиально расширяющейся к лежачему боку, части целика осуществляют за счет бурения и взрывания нижних и верхних скважинных вееров в плоскостях наклоненных к висячему боку с увеличением длины скважин по мере приближения к лежачему боку, с тем, чтобы обеспечить у лежачего бока нарастание мощности взрыва достаточное для выброса в камеру разрушенной руды и для сброса в зону выпуска задержавшейся руды на лежачем боку, снижая ее потери и засорение. Взрывом нижних вееров скважин образуют клиновидное пространство с двумя образующими плоскостями, одна из которых со стороны кровли, выполняет роль свободной поверхности для последующего взрыва -верхних скважинных вееров, а другая выполняет роль наклонной площадки для плавного сдвижения в выработанное пространство разрушенных пород. Для формирования вертикального обнажения слоя пород над целиком верхние скважинные веера бурят за пределы контура свода естественного равновесия. Взрыв верхних скважинных вееров производят с коротким замедлением после взрыва нижних на образованное клиновидное пространство. Взорванная масса направленно попадает на наклонную площадку целика и далее в выработанное пространство. Одновременно с этим формируют вертикальное обнажение слоя пород над целиком и подрывают пяту (опору) свода. В результате подрыва пяты свода и под действием сжимающих напряжений от веса слоя и налегающих разрушенных пород свод теряет равновесие и породы, заключенные в пределах свода начинают растрескиваться с постепенным отделением от массива и самообрушением. Благодаря вертикальном обнажению над целиком, самообрушение слоя не выходит за границы выработанного пространства над обрабатываемой камерой, что позволяет контролировать самообрушение и избегать внезапных массовых обрушений в соседних камерах. По мере удаления от обнаженной поверхности растрескивание породы ослабевает, интенсивность самообрушения снижается, однако свод не приобретает устойчивости так как самообрушение достигает нарушенных налегающих пород. Прорыв налегающих разрушенных пород в камеру и заполнение ее происходит путем плавного сдвижения по наклонной площадке целика и по стенке лежачего бока с одновременным обрушением (заламыванием) слоя пород над камерой вкрест простирования до висячего бока, что предупреждает не только внезапные массовые обрушения но и наростание опасных концентрацией горного давления на целик и днище камеры. Благодаря совокупности перечисленных выше известных и новых существенных признаков стало возможным избегать крупномасштабных массовых неуправляемых обрушений с большими динамическими ударами на днища камер и выработки, ограничить самообрушение кровли над камерами, снизить потери и засорение руды за счет направленной отбойки верхней угловой части целика и сброса в зону выпуска задержав-шейся руды у стенки лежачего бока, обеспечивать прорыв и плавное сдвижение разрушенных налегающих пород в выработанное пространство камер по наклонной площадке целика и стенке лежачего бока, избегая нарастания опасных концентраций горного давления, а также снизить общие затраты связанные с обрушением налегающих пород. На фиг.1 показан разрез междукамерного целика и двух соседних камер по простиранию; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1 (вкрест простирания). Способ заключается в следующем. До окончания выемки камеры 1 в целике 2 проходят буровую выработку 3 из которой вниз бурят скважинные веера 4, а вверх, за контур 5 свода естественного равновесия бурят скважинные веера 6. Скважинные веера 4 бурят в плоскостях параллельных лежачему боку, а скважины веера 6 - в плоскостях наклонных к висячему боку и с радиальным расширением обуриваемого объема к лежачему боку (фиг.2). Принудительное обрушение слоя пород кровли 7 и верхней угловой части 8 целика 2 производят в определенной последовательности: сначала взрывают скважинные веера 4 и отбивают верхнюю угловую часть 8 целика 2 в сторону камеры 1, направляя взорванную массу в зону выпуска ближе к висячему боку. При этом за счет радиального расширения взрываемого объема верхней угловой части 8 целика 2 обеспечивают усиление мощности взрыва вдоль стенки лежачего бока, тем самым сбрасывают в зону выпуска залежавшуюся на лежачем боку вне зоны выпуска взорванную рудную массу 9. Взрывом скважинных вееров 4 освобождают от зажима скважинные веера 6. Затем с коротким замедлением взрывают скважинные веера 6, в результате чего обнажают вертикально, за пределы контура 5 свода естественного равновесия слой породы кровли 7 над целиком 2 с одновременным подрывом пяты свода АВ, нарушают устойчивость свода и обеспечивают самообрушение над камерой 1. После самообрушения пород кровли 7 в камеру 1 со стороны лежачего бока и по наклонной площадке 10 целика 2 сдвигаются разрушенные налегающие породы 11. Прорыв и плавное сдвижение разрушенных налегающих пород 11 со стороны лежачего бока и по наклонной площадке 10 целика 2 снижает нарастание опасной концентрации горного давления на целик 2 и днище 12 камеры 1. Камеры 1 заполняют разрушенными налегающими породами 11 после чего целики 2 отрабатывают одним из известных способов. Пример. Экспериментально промышленная проверка способа обрушения налегающих пород проведена на шахте "Гвардейская" при разработке магнетитовых кварцитов залежи "Рудное тело №3" в этаже 712-632 м. Камеры имели высоту 60 м, ширину по простиранию 30 м, вкрест простирания 50 м, ширина междукамерного целика 30 м. Экспериментальный блок на горизонте 712 м подготовлен ортом пройденным по центру камеры с двусторонним расположением ниш для виброустановок. На горизонте 702 м пройдены два подсечных орта, сбитых между собой в висячем боку отрезным и хозяйственным, а в лежа-щем - хозяйственными штреками. На горизонте 632 м пройдено три буровых орта из которых два по углам камеры для обуривания камерного запаса, а третий пройден по оси целика - для обуривания верхней угловой части целика восходящими скважинными веерами в плоскостях наклонных к висячему боку под углом в 45° и нисходящими скважинными веерами в плоскостях параллельных лежачему боку. В результате этого при угле падения рудного тела 60-65° между плоскостями обуривания образуется угол равный 105-110°, что позволяет направить кумулятивную силу взрыва в сторону висячего бока, избегая динамического удара по днищу. Над целиком толщу пород обурива-ли на высоту до 8 м. Бурение вниз осуществляли на глубину от 18 м у висячего бока до 28 м у лежачего бока. Расстояние между веерами равнялось 3 м, расстояние между концами скважин 3,5 м. Скважины диаметром 105мм были выбурены станками НКР-100М. Сначала взрывали нижние скважинные веера, разрушая верхнюю угловую часть целика и направляя разрушенную рудную массу в зону выпуска отрабатываемой камеры. Затем короткозамедленно, с интервалом в 100 миллисекунд взрывали верхние скважинные веера, пробуренные за контур свода естественного равновесия на высоту до 8 м с одновременным подрывом пяты свода и нарушением устойчивости свода естественного равновесия. За счет этого к камерному запасу в 315000т добавили 31000т руды или около 10% камерного запаса, что повысило извлечение чистой руды, С целью уменьшения потерь руды в "мертвой зоне" на лежачем боку, которые достигают 40% от запасов блока был произведен сброс этой руды в зону выпуска до проникновения в выработанное пространство камеры разрушенных налегающих пород путем усиления мощности взрыва у стенки лежачего бока. Усиление мощности взрыва у стенки лежачего бока получили за счет увеличения в этом месте удельного расхода ВВ от 0,5 до 0,8 кг/т уменьшения расстояния между нижними веерами скважин с 3 м до 2,5 м. После самообрушения пород кровли начался прорыв и плавное сдвижение обрушенных налегающих пород и заполнение выработанного пространства камеры. Применение способа обрушения налегающих пород при камерной системе разработки с использованием направленной отбойки верхней угловой части целика, вертикального обнажения пород кровли с нарушением устойчивости свода естественного равновесия и дброса задержавшейся руды в "мертвой зоне" у стенки лежачего бока позволяет снизить потери руды на 50%, довести извлечение чистой руды до 87%, уменьшить засорение и снизить затраты на обрушение налегающих пород. Изобретение может использоваться при существующем серийно выпускаемом оборудовании.