Способ погашения карьерных потолочин

НАЦИОНАЛЬНОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(73) АО Жезказганцветмет имени К.И. Сатпаева(54) СПОСОБ ПОГАШЕНИЯ КАРЬЕРНЫХ ПОТОЛОЧИН(57) Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при ведении открьггых горных работ над пустотами.Способ включает бурение скважин, проходку вертикальной выработки в потолочине до подземной пустоты взрыванием скважин, формирование конусовидного навала в подземной пустоте из отбитой в вертикальной выработке горной массы и последующее обрушение потолочины порядным взрыванием скважин вокруг вертикальной выработки.Проведение вертикальной выработки осуществляют в пределах горизонтальной проекции вершины свода естественного равновесия пустоты на поверхность потолочины, в верхней части выработки формируют расширяющийся кверху участок, при этом объем выработки определяют из выражения13 стенки оформляют под углом к горизонту, рассчи тываемом по формуле 4 1 8 7 Айптгде Кр - коэффициент разрыхления горной массы,образующейся при проходке выработокУ - объем подпорной насыпи у нижнего устья выработки, заполняемый горной массой из выработки в процессе ее проходки, мз11 - мощность карьерной потолочины по оси выработки, м А - отношение длины расширяемого8 - площадь поперечного сечения выработки в нижней, нерасширяемой части, м 2Р, - периметр сечения выработки в нижней, нерасширяемой части, м.Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при ведении открытых горных работ над пустотами.Известен способ погашения карьерных потолочин взрыванием пробуренных в них скважин на имеющиеся вертикальные выработки типа старых стволов, шпуров, восстающих (Казикаев Д.М. Совместная разработка рудных месторождений открытым и подземным способом. М. Недра, 1967, с. 148149).Недостаток способа в том, что указанные выработки имеют случайное расположение, как правило,на периферии пустоты, а непогашенные участки потолочины в процессе отработки зависают консолями над пустотами. Это ведет к повышенной опасности работ, особенно в случаях значительных горизонтальных размеров пустоты, при нарушенности кровли над ней, нарушенности поддерживающих кровлю целиков.Известен также способ погашения карьерных потолочин, включающий бурение скважин, проходку вертикальной выработки в потолочине до подземной пустоты взрыванием скважин, формирование конусовидного навала в подземной пустоте из отбитой в вертикальной выработке горной массы и последующее обрушение потолочины порядным взрыванием скважин вокруг вертикальной выработки (Казикаев Д.М. Совместная разработка рудных месторождений открытым и подземным способом. М. Недра, 1967,с. 150).Недостаток способа состоит в том, что в процессе проходки восстающей выработки потолочина ослабляется как за счет воздействия взрывов, так и нарушения ее целостности. В связи с этим снижается безопасность последующей работы по бурению и заряжанию скважин на карьерной потолочине. Наиболее опасно это в случаях, когда подземная пустота имеет большую горизонтальную площадь, когда в ней произошло самообрушение кровли или нарушение поддерживающих целиков.Цель изобретения - повышение безопасности работ при погашении карьерной потолочины.Поставленная цель достигается тем, что в способе погашения карьерных потолочин, включающем бурение скважин, проходку вертикальной выработки в потолочине до подземной пустоты взрыванием скважин, формирование конусовидного навала в подземной пустоте из отбитой в вертикальной выработке горной массы и последующее обрушение потолочины порядным взрыванием скважин вокруг вертикальной выработки, согласно изобретению,проведение вертикальной выработки осуществляют в пределах горизонтальной проекции вершины свода естественного равновесия пустоты на поверхность потолочин, в верхней части выработки формируютвыработки определяют из выражения у 1 д, , а вна КР в расширяющемся участке выработки стенкиоформляют под углом к горизонту, рассчитываемом по формулегде Кр - коэффициент разрыхления горной массы,образующейся при проходке выработокУ - объем подпорной насыпи у нижнего устья выработки, заполняемый горной массой из выработки в процессе ее проходки, мзВт - мощность карьерной потолочины по оси выработки, м А И - отношение длины расширяемого ППГ8 - площадь поперечного сечения выработки в нижней, нерасширяемой части, м 2Р, - периметр сечения выработки в нижней, нерасширяемой части, м.Благодаря тому, что выработку проводят в пределах горизонтальной проекции вершины свода естественного равновесия пустоты на поверхность потолочины, наиболее опасный по обрушению участок потолочины погашается в начальной стадии,когда потолочина минимально нарушена, имеет наибольший запас устойчивости. Кроме того, последующие работы по бурению, заряжанию и взрыванию скважин ведут в направлениях от вершины свода естественного равновесия, то есть в стороны уменьшения длины и, в случаях наличия обрушений в своде, в стороны утолщения консолей потолочины. Это повышает безопасность работ.Так как выработку проходят объемом, равнымДд/ , то взорванная горная масса из выработки назаполняет пустоту до нижнего устья выработки, перекрывая поперечное сечение выработки и контактируя с кромками пересечения выработки и кровли пустоты. То есть образуется подпорная для кромок непогашенной потолочины насыпь, которая повышает устойчивость потолочины и предотвращает ее самопроизвольное обрушение.Уменьшение объема выработки менее указанной величины не обеспечивает образования подпорной насыпи и, значит, повышается опасность работ по погашению потолочины. Увеличение объема более указанной величины повышает затраты на проведение этой выработки и ухудшает условия для последующего взрывания скважин, что повышает затраты на погашение потолочины в целом.Формирование в выработке расширяющегося кверху участка позволяет более активно управлять объемом образуемой выработки и, соответственно,объемом горной массы, подаваемой в пустоту в процессе проходки выработки. При рекомендуемом угле наклона боковых стенок расширяемого участка объем выработки и, соответственно, объем насыпи горной массы у ее нижнего устья достигает величины, обеспечивающей контактирование потолочины с образуемой насыпью по поверхностям, прилегающим к периметру нижнего устья пройденной вьтра 2ботки, в результате чего образуемая конусовидная насыпь горной породы становится подпорной и потолочина уже в начальной стадии погашения по границе раздела погашенного и непогашенного участка получает дополнительную опору, которая наращивается в процессе всего последующего погашения потолочины в направлении перемещения фронта погашения и сохраняет свои функции. Наличие контакта нижних краев непогашенной потолочины с насыпью разрушенных горных пород по всему периметру погашенного участка повышает безопасность работ на карьерной потолочине за счет повышения ее устойчивости и исключения возможности резкого оседания на большую величину ее консольных участков в случаях непредвиденной потери устойчивости.Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет существенно повысить безопасность работ при погашении карьерных потолочин.На фиг. 1 показан вертикальный разрез подготовленной к погашению потолочины с проектным контуром вертикальной выработки, пробуренными для ее проходки и последующего взрывания потолочины скважинами.На фиг. 2 показан вертикальный разрез потолочины в начальной стадии погашения, после окончания проходки вертикальной выработки.На фиг. 3 - вертикальный разрез потолочины в стадии погашения ее взрывами на вертикальную выработку.Способ осуществляется следующим образом.При приближении открытых горных работ к подземной пустоте 1 с помощью разведочных скважин или Другими известными способами определяют фактическое положение контура ее кровли 2, наличие, величины и расположение свода обрушения 3. Исходя из этих данных или промерами определяют наличие и контуры 4 верхней поверхности обрушенной породы на почве пустоты. Известными расчетными методами определяют безопасную мощность карьерной потолочины 5. С учетом безопасной мощности потолочины определяют предельный горизонт 6 безопасного понижения горных работ над пустотой и после оформления горизонта 6 понижение горных работ приостанавливают. С учетом наличия обрушений кровли, пустоты определяют объем подпорной насыпи, необходтипиьтй объем выработки и остальные ее параметры. По теологомаркшейдерской документации определяют положение вершины 7 свода естественного равновесия над пустотой и проекцию вершины свода на поверхности горизонта 6. В пределах проекции вершины свода естественного равновесия намечают контуры сечения выработки и с горизонта 6 бурят скважины 8 для проходки вертикальной выработки и скважины 9 для последующего взрывания потолочины. Для большей безопасности работ по центру проектируемой выработки можно пробурить скважину большего диаметра (350-500 мм) и подать в пустоту дробленую породу до образования конусовидной насыпи 10. В последующем эта насыпь уплотнится взрыва ми, что будет способствовать повышению несущей способности подпорной насыпи, а также позволит ускорить ее образование, так как уменьшится необходимый объем горной массы для ее образования. Скважина для подачи дробленой породы используется при проходке восстающей выработки как компенсационная, что повысит эффективность проходки.Проходку восстающей выработки 11 осуществляют путем заряжания и взрывания скважин известными способами секционным взрыванием или взрыванием на полную глубину. Скважины 9 в процессе проходки выработки продолжают бурить до граничных контуров погашения с необходимьпи опережением.В процессе проходки вертикальной выработки благодаря тому, что ее объем равен рекомендуемому, под нижнтипи устьем выработки образуется подпорная насыпь 12. Для увеличения плотности ее контакта с потолочиной объем насыпи рассчитывается так, чтобы внутри нижней части выработки насыпь занимала высоту от 1152-5 м до 0,5-0,8 Вт.Формируемый участок расширения позволяет создать подпорную насыпь необходимого объема при любой мощности потолочины, исключая необходимость транспортирования и подачу горной массы в выработку из карьера, а величина рекомендуемого угла наклона стенок обеспечивает получение заданного объема выработки для конкретных объемов подпорных насыпей, которые зависят от параметров и состояния пустоты, объема поданной по скважине дробленой породы, а также величины нижнего сечения выработки.После проходки вертикальной выработки заряжают скважины 9 и взрывают короткозамедленно. Взрывание их может производиться по одному или несколько рядов, а также одновременно всех рядов в зависимости от действующих ограничений по сейсмике взрывов.Необходимо погасить карьерную потолочину над горизонтально расположенной пустотой высотой тв 18 м и площадью 120 х 160 м. Потолочина поддерживается опорными столбчатыми целиками, расположенными по сетке 20 х 20 м. С помощью разведочных скважин установлено, что в центральной части (в зоне вершины свода естественного равновесия) часть целиков разрушилась, на кровле образовался вывал высотой 1156 м. Ширина участка обрушения а 40 м. Проведенными расчетами установлено, что безопасная толщина потолочины равна 11,20 м над зоной вывала. Обрушенная порода образовала навал с высотой по центру 11-Кр 7,5 м. Высота пустоты над вершиной насыпи обрушенных пород 1116,5 м. Усредненный угол наклона боковой поверхности насыпи обрушенных пород определяем из соотношения 2110 -КрПо центру проекции вершины свода естественного равновесия пустоты на поверхности потолочины станком СБШ-320 или СБШ-250 бурим скважину диаметром 320 мм или 250 мм до кровли пустоты и подаем по ней сыпучий материал типа смеси гравия,мелкого щебня, песка. Объем сыпучего материала,который подаем по скважине, ориентировочно оп ределяем ПО соотношению у, 11(11)3 11 х 1653 5000 м 3 .На основании проведенного анализа установлено, что при высоте пустоты над вершиной навала обрушенных пород К (твф - тв/)хт(в нашем случае 1116,5 м), объем подпорной насыпи, который необходимо заполнить горной массойгде (р - угол наклона бокового откоса насыпи горных пород (принимаем р 45 т 3 ф 1 ,0)11 - высота заполнения горной породой нижней части выработки (принимаем 0,5 11 т 10 м)8 - площадь поперечного сечения выработки на ее нижнем участке - принимаем 4 м х 5 м 20 м 2,Р 5445618 м.Исходя из рассчитанных выше параметров, размеры верхнего устья выработки будут 8 м х 9 м, затем идет сужение ее сечения под углом срв 79 к горизонту. На глубине 11 пк 10 м сужение заканчивается и ниже выработка имеет постоянное сечение 4 м х 5 м. Общий объем выработкиПосле расчета параметров выработки намечаютее контуры и в нем бурят скважины диаметром 250 мм станком СБШ-250 МН с недобуром до пустоты 2-3 м. При этом ранее пробуренную для спуска сыпучего материала скважину оставляют в центре сечения выработки и в последующем используют какскважины в расширяемой части выработки бурят наклонными под углом 79-80 на глубину 88,5 м. Скважины вокруг центральной незаряжаемой располагают по известным схемам, рассчитанным на последовательное взрывание скважин вокруг образующейся компенсационной щели на всю высоту потолочины или посекционно. Первую скважину располагают от центральной на расстоянии 1,0- 1,5 м. Остальные на расстояниях, обеспечивающих образование взорванной массы не более объема компенсационной полости. Наклонные скважины в расширяемой части выработки взрывают в последнюю очередь.Образующаяся взорванная горная масса под действием силы тяжести просыпается в пустоту под выработку и образует там конусовидную насыпь. Так как объем выработки был заранее рассчитан,насыпь образуется с подпором под нижние кромки устья выработки и заполняет ее на высоту 10 м. В результате потолочина получает дополнительную опору, которая повышает ее устойчивость и препятствует развитию обрушения.Вокруг образованной выработки продолжают бурение скважин по сетке, например, 7 х 7 м, создают необходимое опережение буровых работ и затем скважины взрывают на образованную выработку известными способами. Скважины заряжают россыпными ВВ с рассредоточением заряда или без,взрывают, как правило, короткозамедленно.Процесс погашения во всех случаях идет к периферии пустоты. В этих направлениях перемещения фронта работ на потолочине обеспечивается наименьшая опасность, так как уменьшается длина консолей непогашенной части потолочины, а в случае наличия обрушений в кровле пустоты в этом направлении увеличивается также толщина консолей.Предлагаемый способ повышает безопасность работ по погашению карьерных потолочин.Способ погашения карьерных потолочин, включающий бурение скважин, проходку вертикальной выработки в потолочине до подземной пустоты взрыванием скважин, формирование конусовидного навала в подземной пустоте из отбитой в вертикальной выработке горной массы и последующее обрушение потолочины порядным взрыванием скважин вокруг вертикальной выработки, отличающийся тем, что с целью повышения безопасности работ проведение вертикальной выработки осуществляют в пределах горизонтальной проекции вершины свода естественного равновесия пустоты на поверхность потолочины, в верхней части выработки формируют расширяющийся кверху участок, при этом объемвыработок определяют из выражения13 а в расширяющемся участке выработки стенки оформляют под углом к горизонту, рассчитываемом по формуле