PL191881B1 - Sposób eksploatacji złóż minerałów użytecznych - Google Patents

Abstract

Sposób eksploatacji złóż minerałów użytecznych, z opóźnionym przechodzeniem filarów technologicznych w stan pozniszczeniowy polegający na rozcinaniu złoża w pierwszym etapie komorami i pasami na filary technologiczne, znamienny tym, że wydzielane filary technologiczne (1) o małej smukłości, najkorzystniej 0,25 do 0,35, przechodzą w stan pozniszczeniowy (pokrytyczny) z opóźnieniem po upływie czasu niezbędnego do wystąpienia relaksacji naprę­ żeń lub/i przejścia filarów ze stanu przedkrytycznego w stan pokrytyczny, który to czas jest regulowany w znany sposób poprzez spągowanie wyrobisk wokół filarów, wykonywanie wnęk w filarach, strzelanie ładunków materiału wybuchowego w otworach wiertniczych oraz nawadnianie górotworu

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób eksploatacji złóż minerałów użytecznych, w górnictwie podziemnym z opóźnionym przechodzeniem filarów technologicznych w stan pokrytyczny.

Znane są z literatury i praktyki górniczej jednoetapowe systemy komorowo-filarowej eksploatacji, w których wycinane wyrobiskami eksploatacyjnymi (komorami, pasami) filary technologiczne o odpowiednich wymiarach są już na linii frontu rozciskane ciśnieniem eksploatacyjnym i przechodzą w stan pozniszczeniowy (pokrytyczny). Filary eksploatacyjne pracują więc w polach eksploatacyjnych z pozniszczeniową podpornością (nośnością), zapewniając chwilowe utrzymanie stateczności stropu wyrobisk eksploatacyjnych. Szerokość filarów technologicznych dobiera się w zależności od własności wytrzymałościowych skał i wysokości furty eksploatacyjnej, tak, by ich smukłość była równa około 0,5. Podporność filarów technologicznych w fazie pokrytycznej jest prawie stała (stanowi około 10% podporności filarów nierozciśniętych). Zachodzi więc na krawędzi rozcinanej calizny gwałtowne przejście między bardzo dużą nośnością calizny, a niską podpornością podatnych filarów technologicznych w polu eksploatacyjnym pracującym w stanie pokrytycznym. Duże naprężenia rozciągające, jakie występują wówczas w stropie, są przy czy na jego dezintegracji. Objawia się to koniecznością wzmacniania stropu obudową dodatkową lub celowością przebudowy stropu przez zestrzelenie spękanej półki skał stropowych i ponowne założenie obudowy podstawowej. Z geomechanicznego punktu widzenia, korzystne jest uzyskiwanie większej podporności filarów technologicznych na krawędzi calizny rozcinanego złoża w polu eksploatacyjnym. System taki może bazować na filarach technologicznych o małej smukłości, pośredniej pomiędzy filarami pracującymi od „wycięcia” w fazie pokrytycznej (o smukłości około 0,5) i dużej podatności -co ma miejsce w jednoetapowych systemach eksploatacji -a filarami o większej szerokości i smukłości poniżej 0,2 jak w tzw. dwuetapowych systemach eksploatacji. Teoretycznie wypadkowa suma nośności filarów technologicznych pracujących w fazie pokrytycznej i nośności filarów pracujących w stanie quasi-sprężystym jest nośnością optymalną i daje możliwość sterowania podpornością filarów poprzez zmianę ich wysokości (smukłości) np. przez „spągowanie”.

Istotą rozwiązania według wynalazku jest sposób eksploatacji złóż minerałów użytecznych z opóźnionym przechodzeniem filarów technologicznych w stan pozniszczeniowy, który polega na rozcinaniu złoża w pierwszym etapie komorami i pasami na filary technologiczne o małej smukłości, najkorzystniej w zakresie od 0,25 - 0,35, które przechodzą w stan pozniszczeniowy (pokrytyczny) z opóźnieniem po upływie czasu niezbędnego do wystąpienia relaksacji naprężeń i/lub przejścia filarów ze stanu przedkrytycznego w stan pokrytyczny. Czas ten jest regulowany w znany sposób poprzez spągowanie wyrobisk wokół filarów, wykonywanie wnęk w filarach, strzelanie ładunków materiału wybuchowego umieszczonego w otworach wiertniczych oraz nawadnianie górotworu.

Sposób według wynalazku ma szereg istotnych zalet. Pozwala na możliwie duże podparcie stropu w polu eksploatacyjnym poprzez dobranie optymalnej wielkości (szerokości) filarów technologicznych. Podparcie to może być realizowane przez niezbędny, dłuższy okres czasu, a jednocześnie pozwala na zmniejszenie zagrożenia tąpaniami, co jest bardzo istotną zaletą. Umożliwia również sterowanie podpornością w każdym filarze technologicznym poprzez zmianę ich smukłości np. przez upływ czasu lub stosowanie znanych sposobów górniczych, wymienionych poprzednio.

Sposób według wynalazku jest bliżej objaśniony i przedstawiony w przykładzie zastosowani na załączonym rysunku, na którym wykresami zobrazowano kolejne fazy i tak fig. 1 pokazuje fazę wydzielania filara technologicznego, fig.2 -fazę przechodzenia filara w stan pokrytyczny, fig.3 -fazę ustabilizowanej pracy filara, a fig.4 - schematyczny widok pola eksploatacyjnego w widoku z góry i przekrojach poprzecznych.

Sposób eksploatacji bazuje na filarach technologicznych o małej smukłości przechodzących całkowicie w stan pokrytyczny z opóźnieniem. Obserwacje i badania w kopalniach rud miedzi wykazały, że na dużej głębokości, w strefie działania ciśnienia eksploatacyjnego, w ociosach wyrobisk wytwarza się stopniowo strefa spękań o szerokości około 5 -6 m, w której calizna pokładu znajduje się w fazie pozniszczeniowej (pokrytycznej). Wskazuje to na możliwość wycinania (wydzielania) filarów technologicznych o nieco większej szerokości a mniejszej smukłości (0,25 - 0,35), tak, aby po wydzieleniu filarów na froncie eksploatacyjnym w ich ociosach wytworzyły się strefy o szerokości kilku metrów, o strukturze skał stupowo-klinowej, natomiast w środku filara pozostałaby nierozciśnięta część filara (jądro) 1 również o szerokości kilku metrów (fig. 4). Można założyć, że po wydzieleniu z calizny złoża większa część zewnętrznej powierzchni takich filarów technologicznych o małej smukłości miaPL 191 881B1 łaby podporność (nośność) pokrytyczną, a ich środek (jądro) byłby jeszcze w stanie przedkrytycznym. Przyjęto też, że całkowita podporność takich filarów będzie sumą wysokiej podporności środkowej ich części (jądra), która będzie „wciskana” w warstwy spągu o mniejszej wytrzymałości oraz nośności strefy zewnętrznej filarów, która już przeszła w stan pokrytyczny. Wyidealizowana, uproszczona charakterystyka pracy takich filarów jest sumą niskiej, ustabilizowanej stałej nośności strefy pokrytycznej i ograniczenia narastającej nośności nierozciśniętego środka. Cechą takich filarów może być opóźnione przechodzenie całej powierzchni nośnej w stan pokrytyczny. Czas i miejsce całkowitego przechodzenia całej powierzchni w stan pokrytyczny calizny filarów można będzie w znacznym stopniu regulować przez wybór czasu i miejsca rozpoczęcia np. „spągowania” w określonej odległości od linii rozcięcia calizny na froncie eksploatacyjnym.

Można stwierdzić, że optymalna wielkość (szerokość) filarów technologicznych winna być tak dobrana, aby zapewniała możliwie duże „podparcie” stropu w polu eksploatacyjnym przez niezbędny, dłuższy okres czasu, a jednocześnie by nie stwarzała wzrostu zagrożenia tąpaniami. Jeśli przy wysokości furty wynoszącej około 4m założymy potrzebę istnienia nierozciśniętego „jądra o szerokości 3-4 m, to można przyjąć, że szerokość filarów technologicznych o opóźnionym przechodzeniu w stan pokrytyczny wyniesie około 13-16 m. Z charakterystyki naprężeniowo-odkształceniowej ośrodka skalnego w stanie pokrytycznym wynika, że strefa pokrytyczna znajdująca się w otoczeniu nierozciśniętego całkowicie środkowego „jądra” filarów technologicznych z opóźnionym przechodzeniem w stan pokrytyczny stanowi również rodzaj „amortyzatora” w przypadku wystąpienia dynamicznych obciążeń (dynamicznego niszczenia). Założono rozcinanie calizny złoża na linii frontu w górnej warstwie komorami i pasami przy usytuowaniu filarów technologicznych dłuższą osią prostopadle do linii frontu. Wydzielone filary technologiczne miałyby wymiary 13-16 mx30-35 m (przy smukłości około 0,3) w zależności od własności górotworu.

Sposób eksploatacji ma cechy systemu dwuetapowego z tym, że drugi etap - całkowite wybranie złoża, następuje po upływie dłuższego okresu czasu, tj. po całkowitym rozcięciu pola na jego wybiegu.

Claims (1)

1. Sposób eksploatacji złóż minerałów użytecznych, z opóźnionym przechodzeniem filarów technologicznych w stan pozniszczeniowy polegający na rozcinaniu złoża w pierwszym etapie komorami i pasami na filary technologiczne, znamienny tym, że wydzielane filary technologiczne (1) o małej smukłości, najkorzystniej 0,25 do 0,35, przechodzą w stan pozniszczeniowy (pokrytyczny) z opóźnieniem po upływie czasu niezbędnego do wystąpienia relaksacji naprężeń lub/i przejścia filarów ze stanu przedkrytycznego w stan pokrytyczny, który to czas jest regulowany w znany sposób poprzez spągowanie wyrobisk wokół filarów, wykonywanie wnęk w filarach, strzelanie ładunków materiału wybuchowego w otworach wiertniczych oraz nawadnianie górotworu.