PL202530B1 - Sposób czystego wybierania złóż rudy o niewielkiej miąższości systemem komorowo-filarowym - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób czystego wybierania złóż rudy o niewielkiej miąższości systemem komorowo-filarowym, a szczególnie złóż rud miedzi o miąższości poniżej 1,6 m, w których skały stropowe nadają się do stosowania obudowy kotwiowej.

Do niedawna rezygnowano z eksploatacji niskich złóż rudy miedzi, ponieważ było to nieopłacalne, brakowało odpowiedniej technologii i maszyn. Dziś znane i stosowane sposoby eksploatacji złóż minerałów o mniejszej miąższości wywodzą się od systemów stosowanych dla złóż o średniej grubości i są bardzo do nich podobne. Podstawą ich opracowania jest system komorowo - filarowy polegający na pełnym lub częściowym okonturowaniu pola eksploatacyjnego wiązkami wyrobisk przygotowawczych, następnie na rozcięciu calizny komorami i pasami, przez co wydziela się filary eksploatacyjne. Eksploatacja polega na wybraniu zalegającej w filarach rudy aż do ich wymiarów resztkowych, które jako straty pozostawiane są w złożu. Pustą przestrzeń poeksploatacyjną likwiduje się przez ugięcie stropu, zawał lub wypełnienie podsadzką, uzyskując tym samym różne stopnie podparcia stropu nad wybraną przestrzenią.

W polskim opisie patentowym nr 185 315 przedstawiony jest sposób czystego wybierania zł o ż a minerałów o średniej miąższości systemem komorowo-filarowym. Czynności w tej technologii są następujące. Pierwszy filar od strony zrobów rozcina się, a w wykonanej przecince ustawia się stos podporowy. Następnie urabia się pierwszą część pierwszego filara od strony zrobów, po czym drąży się wnękę w kolejnym drugim filarze. Między pierwszym i drugim filarem ustawia się stos podporowy, po czym urabia się drugą część pierwszego filara. Na przylegającym do obu filarów pasie ustawia się kolejny trzeci stos podporowy, który łącznie z poprzednim stosem podporowym wygradza nową linię zrobów. Inny sposób czystego wybierania, złóż minerałów systemem komorowo-filarowym opisany jest w polskim opisie patentowym nr 191 710. Między linią zrobów, a dłuższym bokiem przylegającego filara, na skrzyżowaniu komory z przyległym pasem oraz między bokiem filara, a krótszym bokiem przeciwległego filara następnego rzędu umieszcza się skałę płonną i formuje z niej zastępczy filar podporowy. Po wybraniu kolejnej części filara przedłuża się filar zastępczy o długość wybranej części filara technologicznego. Cykl pracy powtarza się przy następnych filarach w danym rzędzie i rzędach następnych, tworząc kolejne zastępcze filary podporowe. W obu przypadkach odsłonięty strop wyrobiska, w wyniku urabiania filarów technologicznych, zabezpiecza się w pierwszej kolejności obudową kotwiową, a dopiero po wybraniu złoża do pełnej miąższości strop podpiera się za pomocą filarów zastępczych, czy kasztów. Znany jest też sposób eksploatacji złóż systemem komorowo-filarowym o gruboś ci poniż ej 3 m. Polega on na wybieraniu w furcie eksploatacyjnej dwóch warstw. W pierwszej fazie urabia się i wybiera warstwę złoża, a w drugiej - dobiera się warstwę skały płonnej i przemieszcza tę skałę w strefę podsadzkową. W czasie tych prac skałę płonną urabia się na całej powierzchni złoża a ścianę masy podsadzkowej utrzymuje się równolegle do zasadniczego frontu robót, zachowując jej naturalny kąt zsypu. Inny znany sposób pozyskiwania rudy z cienkich złóż przedstawiony jest w polskim opisie patentowym nr 181 519. Sposób polega na wstę pnym wydzieleniu z pola eksploatacyjnego filarów podporowych za pomocą wyrobisk chodnikowych. Następnie filary podporowe rozcina się wzdłużnymi wyrobiskami chodnikowymi na filary eksploatacyjne. Zarówno wstępne wyrobiska chodnikowa, jak i wzdłużne wyrobiska chodnikowe rozcinające filary na mniejsze, drąży się na wysokość, umożliwiającą zastosowanie górniczych maszyn samojezdnych, a zatem urabia się rudę wraz ze skałą płonną i z zastosowaniem obudowy kotwiowej. Z wyrobisk chodnikowych urabia się tylko czystą rudę kolejnymi wcinkami, jednak pozostawiając filar resztkowy. Filar resztkowy może być filarem tymczasowym, jednak dopiero po ustawieniu obudowy podporowej można wybierać rudę z tego filara. Kolejnym opisanym w polskim opisie patentowym nr 180 741 sposobem eksploatacji złóż cienkich jest system komorowo - filarowy jednoetapowy, jednofazowy z ruchowym filarem zamykającym. System ten polega na rozcięciu złoża już w pierwszej fazie dużą ilością komór i pasów wydzielających filary podporowe o niewielkiej powierzchni, które następnie w miarę możliwości wybiera się do ich wymiarów resztkowych. Zarówno w fazie rozcinki calizny jak i podbierania filarów wybieranie złoża prowadzi się selektywnie z oddzielnym urabianiem rudy i skały płonnej, przy minimalnym zubożeniu oraz z zastosowaniem obudowy kotwiowej. Skałę płonną pozyskiwaną z selektywnie urabianych przodków lokuje się bezpośrednio za linią rozcinki w wyrobiskach pomiędzy filarami podporowymi.

Wadami znanych systemów komorowo-filarowych dla złóż cienkich są: rozcinanie wyrobiskami chodnikowymi dużych filarów eksploatacyjnych na mniejsze, konieczność wybierania z wyrobisk w filarach eksploatacyjnych warstwy skał y pł onnej oraz zastosowanie obudowy kotwiowej w celu

PL 202 530 B1 umożliwienia ruchu maszyn, w wyrobiskach eksploatacyjnych. Szczególną wadą jest pozostawianie filarów resztkowych powodujących straty złoża, zagrożenie tąpaniami oraz szereg innych komplikacji ruchowych takich jak: wzrost ciśnienia nad frontem eksploatacyjnym; utrata stateczności wyrobisk i w jej wyniku konieczność wykonywania przebudów. Wspólne wady cechują ce wszystkie znane systemy to niepełne podsadzanie wybranej przestrzeni oraz dewastacja środowiska poprzez lokowanie odpadów na powierzchni.

Celem wynalazku jest umożliwienie czystego wybierania niskich złóż rud ze strefy filarów eksploatacyjnych, bez konieczności wykonywania w nich wyrobisk chodnikowych, bez stosowania obudowy kotwiowej i bez konieczności wybierania skały płonnej. Cel ten został osiągnięty przez zmianę technologii urabiania złoża w filarach i likwidacji pustych przestrzeni po rudzie wybranej z filarów eksploatacyjnych.

Sposób czystego wybierania złóż rudy, według wynalazku, polega na eksploatacji danej partii złoża w dwóch fazach. W fazie pierwszej złoże rozcina się na filary eksploatacyjne pasami i komorami, a w fazie drugiej prowadzi się eksploatację filarów. Przy czym w fazie pierwszej roboty w pojedynczych przodkach prowadzi się selektywnie z osobnym urabianiem rudy i skały płonnej, natomiast w fazie drugiej roboty prowadzi się jedynie w warstwie uż ytecznej zł o ż a.

Istotą wynalazku jest metoda pozyskiwania czystej rudy z filarów eksploatacyjnych. Każdy filar eksploatacyjny dzieli się, na co najmniej trzy ciągi - szeregi lub kolumny - parcel roboczych, w zależności od usytuowania filarów w stosunku do linii frontu eksploatacyjnego. Parcele te mają głębokość równą długości zastosowanych zabiorów. Następnie z boków filara eksploatacyjnego drąży się, co najmniej jedną krótką wnękę. Z wnęk i z obrzeży filara eksploatacyjnego urabia się złoże rudy w kolejnych parcelach roboczych. W parcelach roboczych urabia się wyłącznie czystą warstwę rudy. Po wybraniu rudy z parceli w powstałej pustej przestrzeni niezwłocznie lokuje się skałę płonną, którą utwardza się. W tak podsadzonej parceli korzystnie jest utwardzić skałę płonną przez jej mechaniczne zagęszczenie a następnie przez podanie pod ciśnieniem mieszaniny cementu, wody, odpadów poflotacyjnych i środka przyspieszającego wiązanie, co prowadzi do cementacji skały płonnej w filar podporowy. Korzystnym wariantem tego rozwiązania jest zastosowanie obudowy kotwiowej dla zabezpieczenia odkrytego stropu we wnękach, prowadzenie prac wydobywczych w filarach eksploatacyjnych za pomocą techniki strzałowej oraz zastosowanie odpadów poflotacyjnych z procesu wzbogacania rudy, jako składnika mieszaniny cementacyjnej. W przypadku stosowania węższych filarów eksploatacyjnych, zgodnie z wynalazkiem, każdy filar dzieli się, na jeden lub dwa ciągi parcel roboczych o głębokości równej długości stosowanych zabiorów. W takim filarze złoże rudy urabia się w kolejnych parcelach z obrzeży filara eksploatacyjnego. I w tym rozwiązaniu po wybraniu złoża rudy z każdej parceli roboczej w powstałej pustej przestrzeni niezwłocznie lokuje się skałę płonną i ją utwardza. Po stwardnieniu mieszaniny i scaleniu ze skałą płonną w sztywną podporę, przystępuje się do eksploatacji rudy z kolejnej parceli roboczej. Urabianie złoża rudy prowadzi się techniką strzelniczą z ochroną stropu i praktycznie bez zuboż ania zł oż a skałą pł onną .

Istotną zaletą tego sposobu jest odbudowa filarów eksploatacyjnych na skutek umieszczenia w przestrzeniach po wybranej rudzie skał y pł onnej, uzyskanej w pierwszej fazie rozcinki zł oż a na filary oraz jej utwardzenie poprzez scalenie z mieszaniną utwardzającą, w której wykorzystuje się odpady poflotacyjne. Zatem w miejsce filara eksploatacyjnego powstaje filar podporowy o dużej powierzchni i o wielkiej wytrzymałości na zgniatanie. Wytrzymałość filara podporowego dodatkowo można regulować mechanicznym zagęszczeniem skały płonnej i wytrzymałością mieszaniny utwardzającej. Sposób umożliwia stosowanie lepszej organizacji pracy, skrócenie cyklu technologicznego przez zaniechanie stosowania kotwienia stropu w parcelach roboczych oraz czyste wybieranie rudy, bez konieczności przybierania skały płonnej dla umożliwienia pracy maszyn górniczych. Nadmiar skały płonnej uzyskanej w pierwszej fazie rozcięcia złoża, przy jego małej miąższości, można lokować w wyrobiskach wokół nowo odbudowanych filarów podporowych w strefie przeznaczonej do likwidacji, jako dodatkowe podparcie lub rozparcie boczne filarów, lub budować z niej tamy wentylacyjno - podsadzkowe. W wydzielonej strefie likwidacji pozostawione pustki można wypełniać stosując samoscalającą podsadzkę hydrauliczną, również z wykorzystaniem odpadów poflotacyjnych. Wszystkie te cechy mają decydujący wpływ na niskie koszty pozyskiwania rudy, ochronę środowiska a także na bezpieczeństwo pracujących w wyrobiskach górników.

Sposób eksploatacji, według wynalazku, opisany jest w przykładach wykonania i pokazany jest na rysunku, na którym w przykładzie 1 fig. 1 przedstawia schematycznie złoże w rzucie poziomym, fig. 2 - złoże w przekroju pionowym wzdłuż linii A - A, fig. 3 - złoże w przekroju pionowym wzdłuż linii B-B,

PL 202 530 B1 a fig. 4 przedstawia kolejność urabiania parcel roboczych w filarach. W przykładzie 2 fig. 5 przedstawia schematycznie złoże w rzucie poziomym, fig. 6 - złoże w przekroju pionowym wzdłuż linii A-A, fig. 7 - złoże w przekroju pionowym wzdłuż linii B-B, a fig. 8 przedstawia kolejność urabiania parcel roboczych w filarach.

P r z y k ł a d 1.

Prace wydobywcze prowadzi się w wydzielonej partii złoża rudy miedzi o miąższości 1,5 m.

W pierwszej fazie prac drąży się wyrobiska 1 i 2 rozcinające złoże na filary eksploatacyjne 3. Chodnikowe wyrobiska 1 i 2 mają szerokość 6 m pod stropem i 5 m przy spągu oraz wysokość 3,2 m. Wydzielone filary eksploatacyjne 3 mają wymiary 24 x 12 x 3,2 m i dzieli się je na trzy ciągi parcel roboczych 5, każda o głębokości równej głębokości dokonywanych zabiorów. W przykładzie długość zabioru wynosi 4 m. Następnie w filarze eksploatacyjnym 3, z jego boków drąży się jedną krótką wnękę 4 i zabezpiecza jej odkryty strop obudową kotwiową. Z wnęki 4 i z obrzeży filara 3 wykonuje się prace wybierkowe, tylko w warstwie złoża rudy, zgodnie z podziałem na parcele robocze 5. Po wybraniu rudy z kolejnej parceli roboczej 5 pustą przestrzeń natychmiast podsadza się skałą płonną, którą niezwłocznie zagęszcza się przez mechaniczne ściśnięcie i scala się mieszaniną utwardzającą. Po stwardnieniu mieszaniny i scaleniu ze skałą płonną w sztywną podporę 5² przystępuje się do wybierania następnej parceli. Postępując w ten sam sposób wybiera się całą rudę z filara eksploatacyjnego 3 i jednocześnie buduje filar podporowy o dużej wytrzymałości na zgniatanie. W mieszaninie utwardzającej korzystnie jest stosować odpady poflotacyjne, cement i wodę. Dla intensyfikacji procesu wiązania mieszaniny zalecane jest zastosować środek przyspieszający wiązanie cementu. Kolejność i ilość urabiania roboczych parcel 5 jest dostosowana do warunków górniczo-geologicznych złoża i zgodna z projektem technicznym eksploatacji i w przykładzie jest oznaczona kolejnymi cyframi rzymskimi I, II, III, IV, V, ... itd.. Chodnikowe wyrobiska 1 i 2 a także wnękę 4 drąży się selektywnie, z oddzielnym wybieraniem rudy miedzi i skały płonnej oraz wykorzystaniem techniki strzelniczej. Przyjęta wysokość wyrobisk 1 i 2 oraz krótkiej wnęki 4 umożliwia pracę samojezdnych maszyn górniczych i odpowiednią wentylację. Wiąże się to, jednak, z koniecznością przybrania w części przy spągu warstwy około 1,7 m skały płonnej. Skałę tę natychmiast wykorzystuje się do podsadzania pustych przestrzeni po wybraniu rudy z eksploatowanych parceli 5 w filarach 3, natomiast jej ewentualny nadmiar lokuje się w wyznaczonej strefie likwidacyjnej 7, wokół odbudowanych filarów podporowych 8. Nadmiar skały płonnej można również wykorzystać do budowy tam 6 wentylacyjnych i podsadzkowych, które wydzielają strefę zlikwidowaną 7. Tamy 6 wykonuje się z pryzmy skały płonnej scalonej mieszaniną utwardzającą. W wydzielonej tamami 6 strefie likwidacyjnej 7 pustki pozostałe po wyrobiskach 1, 2 i 4, można wypełniać stosując samoscalającą podsadzkę hydrauliczną również z wykorzystaniem odpadów poflotacyjnych.

P r z y k ł a d 2.

Prace wydobywcze prowadzi się w wydzielonej partii złoża rudy złota o miąższości 0,8 m. W pierwszej fazie prac drąży się wyrobiska 1 i 2 rozcinające złoże na filary eksploatacyjne 3. Wyrobiska chodnikowe 1 i 2 mają szerokość 5 m pod stropem i 4 m przy spągu oraz wysokość 2,0 m. Wydzielone filary eksploatacyjne mają wymiary 16 x 8 x 2,0 m. Powierzchnię filarów eksploatacyjnych 3 dzieli się na dwa ciągi parcel roboczych 5 o głębokości równej długości stosowanych zabiorów, w tym przypadku równej 4 m. Następnie urabia się złoże rudy złota w kolejnych parcelach roboczych 5 z obrzeży filara eksploatacyjnego 3, przy czym po wybraniu rudy z parceli roboczej 5 w powstałą pustą przestrzeń natychmiast lokuje się skałę płonną. Skałę płonną niezwłocznie zagęszcza się przez ściśnięcie i scala się mieszaniną utwardzającą. Po stwardnieniu tej mieszaniny i związaniu ze skałą płonną w sztywną podporę 5² przystępuje się do eksploatacji następnej parceli 5. Postępując w ten sam sposób wybiera się całą rudę z filara eksploatacyjnego 3 i jednocześnie buduje filar podporowy o dużej wytrzymałości na zgniatanie. Wyrobiska chodnikowe 1 i 2, drąży się selektywnie z oddzielnym wybieraniem rudy i skały płonnej oraz zastosowaniem obudowy kotwiowej. Przyjęta wysokość wyrobisk 1 i 2 umożliwia pracę samojezdnych maszyn roboczych o średniej wysokości i odpowiednią wentylację. Wiąże się to jednak z koniecznością przybrania w części spągowej warstwy około 1,2 m skały płonnej. Skałę tę natychmiast wykorzystuje do podsadzania pustych przestrzeni po wybraniu rudy z eksploatowanych parceli 5 w filarach 3 a jej ewentualny nadmiar lokuje się w wyznaczonej strefie likwidacyjnej wokół odbudowanych filarów podporowych. W mieszaninie utwardzającej korzystnie jest stosować odpady poflotacyjne, cement i wodę. Dla skrócenia czasu potrzebnego na stwardnienie mieszaniny stosuje się środek przyspieszający wiązanie cementu. W przypadku sprzyjających warunków stropowych celowym może się okazać fakt zaniechania scalania skały płonnej mieszaniną utwarPL 202 530 B1 dzającą. Kolejność wybierania roboczych parcel 5 w filarach 3 jest dostosowana do warunków górniczo-geologicznych złoża i zgodna z projektem technicznym eksploatacji i w przykładzie jest oznaczona kolejnymi cyframi rzymskimi I, II, III, IV itd..

Claims (6)

1. Sposób czystego wybierania złóż rudy o niewielkiej miąższości systemem komorowo filarowym, polegający na wstępnym rozcięciu złoża wiązkami wyrobisk przygotowawczych, wydzieleniu filarów eksploatacyjnych, wybraniu tych filarów oraz na likwidacji przestrzeni poeksploatacyjnej, znamienny tym, że filar eksploatacyjny (3) dzieli się, na co najmniej trzy ciągi parcel roboczych (1) o głębokości równej długości stosowanych zabiorów, następnie z boków filara (3) drąży się co najmniej jedną wnękę (4), po czym z wnęk (4) i z boków filara eksploatacyjnego (3) urabia się złoże rudy w kolejnych parcelach roboczych (5), przy czym po wybraniu rudy z parceli roboczej (5) w powstałej pustej przestrzeni niezwłocznie lokuje się skałę płonną i ją utwardza.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że skałę płonną utwardza się przez jej zagęszczenie i/lub scalenie mieszaniną wiążącą, zwłaszcza mieszaniną cementu, wody i odpadów poflotacyjnych oraz środka przyspieszającego wiązanie cementu.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że odsłonięty strop we wnęce (4) filara eksploatacyjnego (3) zabezpiecza się obudową kotwiową.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że rozcinanie złoża rudy i jego wydobycie z filarów eksploatacyjnych (3) prowadzi się techniką strzelniczą.

5. Sposób czystego wybierania złóż rudy o niewielkiej miąższości systemem komorowo-filarowym, polegający na wstępnym rozcięciu złoża wiązkami wyrobisk przygotowawczych, wydzieleniu filarów eksploatacyjnych, wybraniu tych filarów oraz na likwidacji przestrzeni poeksploatacyjnej, znamienny tym, że filar eksploatacyjny (3) dzieli na dwa ciągi parcel roboczych (5) o głębokości równej długości stosowanych zabiorów, następnie urabia się złoże rudy w kolejnych parcelach roboczych (5) z boków filara eksploatacyjnego (3), przy czym po wybraniu rudy z parceli roboczej (5) w powstałą pustą przestrzeń niezwłocznie lokuje się skałę płonną i ją utwardza.

6. Sposób czystego wybierania złóż rudy o niewielkiej miąższości systemem komorowo-filarowym, polegający na wstępnym rozcięciu złoża wiązkami wyrobisk przygotowawczych, wydzieleniu filarów eksploatacyjnych, wybraniu tych filarów oraz na likwidacji przestrzeni poeksploatacyjnej, znamienny tym, że filary eksploatacyjne wydziela się na szerokość stosowanych zabiorów i dzieli na parcele robocze (5), następnie urabia się złoże rudy w kolejnych parcelach roboczych (5), przy czym po wybraniu rudy z parceli roboczej (5) w powstałą pustą przestrzeń niezwłocznie lokuje się skałę płonną i ją utwardza.