Способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для разработки сложноструктурных месторождений алмазов. Сущность изобретения: при добыче полезных ископаемых из алмазоносных трубок со сложной структурой в виде столба автолитовых брекчий в кольце ксенотуфобрекчий с включением тектонических брекчий выдачную скважину проходят за пределами трубки и диаметрально ей располагают технологическую скважину. Деление трубки на части осуществляют системой подземных выработок с формированием этажей. Ведут поэтажное разрушение полезного ископаемого в две стадии. Разрушение на первой стадии осуществляют абразивным размывом ксенотуфобрекчий, а на второй стадии обрушением столба автолитовых брекчий путем подсечки его на горизонте приемных камер и выдачи автолитовых брекчий через подземные горные выработки. В кратерной части трубки оставляют предохранительный целик. Поддержание столба автолитовых брекчий в пределах высоты этажа в период разрушения ксенотуфобрекчий производят жестким защемлением его поинтервально обсадными колоннами скважин, которые проходят наклонными с возможностью соприкосновения колонн смежных со стенками столба под накрест лежащими углами. Тектонические брекчии оставляют в выработанном пространстве. 1 з. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для разработки сложноструктурных месторождений алмазов.

Известен способ извлечения материалов из мощных подземных формаций, включающий вскрытие месторождения добычной и выдачной скважинами, гидроразмыв полезного ископаемого из добычной скважины, гидротранспорт пульпы по выдачной скважине [1] Недостатком способа является низкая его эффективность, вызванная значительными затратами на подготовку месторождения к очистной выемке и потерям полезного ископаемого в междукамерных целиках.

Наиболее близким к предлагаемому является способ разработки месторождений полезных ископаемых, включающий вскрытие рудного тела выдачной и эксплуатационными скважинами, а также системой подземных горных выработок, разделение рудного тела на части, формирование в основании каждой части приемной камеры, подачу рабочего агента по одним скважинам, разрушение полезного ископаемого и транспортирование пульпы по другим скважинам [2] К недостаткам способа следует отнести низкую его эффективность, вызванную необходимостью проходки большего количества скважин для отработки месторождения по всей площади, значительными потерями полезного ископаемого в междукамерных целиках и потерь полезных компонентов на днищах выемочных камер.

В основу изобретения поставлена задача создать способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых из сложноструктурных месторождений с высокой эффективностью за счет увеличения высоты этажа при одновременном снижении затрат на подготовку месторождения к очистной выемке, а также снижения потерь и разубоживания полезного ископаемого.

Поставленная задача решается тем, что способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых включает вскрытие рудного тела выдачной и эксплуатационными скважинами, а также системой подземных горных выработок, разделение рудного тела на части, формирование в основании каждой части приемной камеры, подачу рабочего агента по одним скважинам, разрушение и транспортировку пульпы по другим скважинам.

При гидродобыче полезных ископаемых из алмазоносных трубок со сложной структурой в виде столба автолитовых брекчий в кольце ксенотуфобрекчий с включением тектонических брекчий, выдачную скважину проходят за пределами трубки и диаметрально ей располагают технологическую скважину. Деление трубки на части осуществляют системой подземных горных выработок с формированием этажей и ведут поэтажное разрушение полезного ископаемого в две стадии. Разрушение на первой стадии осуществляют абразивным размывом ксенотуфобрекчий. Разрушение на второй стадии осуществляют обрушением столба автолитовых брекчий путем подсечки его на горизонте приемных камер и выдачи автолитовых брекчий через подземные горные выработки. В кратерной части трубки оставляют предохранительный целик. Поддержание столба автолитовых брекчий в пределах высоты этажа в период разрушения ксенотуфобрекчий производят жестким защемлением его поинтервально обсадными колоннами скважин, которые проходят наклонными с возможностью соприкосновения колонн смежных скважин со стенками столба под накрестлежащими углами. Тектонические брекчии оставляют в выработанном пространстве.

На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявленного изобретения имеет причинно-следственную связь с достигаемым технологическим результатом. Благодаря данной совокупности существенных признаков удалось создать способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых из сложноструктурных месторождений с высокой эффективностью за счет увеличения высоты этажа при одновременном снижении затрат на подготовку трубки к очистной выемке, а также снижения потерь и разубоживания полезного ископаемого. Следовательно, предложенный способ имеет изобретательский уровень, т.к. явным образом не следует из существующего уровня используемых технологий.

На фиг.1 показано вскрытие трубки; на фиг.2 крепление столба автолитовых брекчий обсадными колоннами в пределах верхней части трубки; на фиг.3 процесс отработки ксенотуфобрекчий на первой стадии; на фиг.4 разрез А-А на фиг.3; на фиг.5 заключительный этап выемки столба автолитовых брекчий.

Изобретение поясняется на примере разработки трубки, сложенной кольцом ксенотуфобрекчиями 1 и столбом автолитовых брекчий 2. Кроме того, к массиву ксенотуфобрекчий приурочены обломки тектонических брекчий 3, размеры которых могут достигать 50 м. Трубки перекрыты налегающими породами 4, которые сильно обводнены. Вмещающие породы 5 представлены плотными песчаниками. Ксенотуфобрекчии сложены глинами с определенным включением кимберлитового материала. Коэффициент крепости автолитовых брекчий по шкале проф. М.М. Протодъяконова составляет 5-6. Тектонические брекчии не содержат кимберлитового материала, а коэффициент крепости составляет 6-7 по шкале проф. М.М. Протодьяконова.

Деление трубки на части с формированием этажей (Э) производят системой подземных горных выработок шахтными стволами, квершлагами, штреками с ортами 6, при этом высоту этажа увеличивают по сравнению с традиционными схемами. В данном случае высота этажа регламентируется устойчивым состоянием столба автолитовых брекчий 2 на время отработки ксенотуфобрекчий 1. Из ортов 6 на каждом горизонте в столбе автолитовых брекчий 2 выполняют приемную камеру 7 с окнами 8 и временными целиками 9 между приемными окнами. Днищу приемной камеры придают воронкообразную форму с нанесением на ее поверхность слоя бетона 10 для создания условий надежного гидротранспортирования пульпы без потерь алмазов. Кроме того, из ортов 6 производят сбойку с выдачной скважиной 11 и технологической скважиной 12. Скважину 11 проходят на полную глубину отработки трубки, а ее забой располагают в подошве орта 6, являющегося выработкой вскрытия нижнего этажа. Технологическую скважину 12 проходят вне зоны сдвижения вмещающих пород 5, а ее забой располагают в подошве орта 6, примыкающего к кровле нижнего этажа. Скважину 11 проходят с обсадкой, а скважину 12 обсаживают в пределах мощности налегающих пород 4. Скважины 11 и 12 располагают диаметрально по отношению сечения трубки в плане.

Отработку месторождения осуществляют этажами, начиная с кратерной части. Для этого при отработке верхнего этажа формируют предохранительный целик (ПЦ) 13, состоящий из ксенотуфобрекчий 1 и автолитовых брекчий 2. Отработку ксенотуфобрекчий 1 ведут на первой стадии, высвобождая при этом столб автолитовых брекчий 2, высота которого соответствует высоте этажа и может быть значительной. Такая последовательность очистной выемки приведет к потере устойчивости столба за счет несоизмерения его сечения с высотой. С этой целью поддержание столба производят жестким защемлением его обсадными колоннами поинтервально (И). При этом высоту интервала уменьшают к основанию этажа, так как эта часть столба при постоянной его прочности по высоте, является наиболее жесткой. Для защемления столба и конструктивного выполнения интервала с дневной поверхности бурят серию наклонных скважин 14 из условия выхода забоя скважины на границу контакта ксенотуфобрекчий 1 с вмещающими породами 5 в точку 15, расположенную в верхнем сечении 16 интервала с дальнейшим соприкосновением стенки скважины 14 со стенками столба и выходом забоя скважины в точку 17, расположенную на нижнем сечении 18 интервала. При этом нижнее сечение интервала также расположено на границе контакта с ксенотуфобрекчий 1 с вмещающими породами 5. Для наглядности на фиг.2 показано расположение скважин для формирования интервала. Например, скважины 19 располагают в верхнем сечении 16 по границе интервала с вмещающими породами. Количество скважин 19 принимают равным четырем и располагают их через 90^о по отношению к центру круга, являющегося сечением 16 трубки. Угол наклона и азимутальное направление скважин создают из условия соприкосновения стенок скважин со стенками столба в точках 20 с последующим расположением забоев по границе нижнего сечения 18. Кроме того, бурят скважины 21, также располагая их в верхнем сечении в диаметрально противоположных направлениях с возможностью соприкосновения их стенок со стенками столба в точках, находящихся в плоскости расположения точек 20 с дальнейшим выводом их забоев на границу нижнего основания 18 интервала. Таким образом, смежные скважины 19 и 21 расположены под накрест лежащими углами. Количество скважин может быть увеличено в зависимости от требуемой жесткости столба на определенной высоте, причем общее количество их в интервале должно быть четным. Скважины 19 и 21 обсаживают, а затрубные пространства цементируют. Отрезки обсадных колонн, расположенные в ксенотуфобрекчиях предохранительного целика 13, являются несущими и тем самым упрочняют целик, а в нижележащих интервалах выполняют функцию грохота для накапливания тектонических брекчий 3. Отработку трубки производят в две стадии. На первой стадии с поверхности бурят эксплуатационные скважины 22 с размещением забоев в приемной камере 7. Скважины 22 в переделах мощности налегающих пород 4 и высоты ПЦ обсаживают 23 с цементацией затрубного пространства. Скважину 11 оборудуют трубопроводом 24 с диспергатором на конце, а также задвижкой 25, а также скважину 11 с помощью трубопровода 26 подсоединяют к фильтру 27, установленному в основании приемной камеры 7. На первоначальном этапе в обсадные колонны скважин 22 подают воду, которая производит размыв их стенок с образованием выемочных камер 28. По трубопроводу 24 подают сжатый воздух, который эрлифтирует пульпу по скважине 11 на обогатительную фабрику. На фабрике подрешетный продукт, не содержащий алмазов, накапливается в емкости, на которой насосом закачивается в обсадные колонны 23, при этом подачу воды в колонны прекращают. Подрешетный продукт, содержащий твердые частицы, интенсифицирует процесс абразивного размыва стенок выемочных камер 28. Образуемая при этом размыве пульпа через окна 8 поступает в приемную камеру 7, из которой через фильтр 27 и трубопровод 26, в свою очередь, поступает в скважину 11 и эрлифтирует на поверхность. Затем происходит отделение подрешетного продукта и закачка его в выемочные камеры 28. Таким образом создают замкнутый цикл циркуляции рабочего агента при выполнении процессов выемки ксенотуфобрекчий. Высвобождаемые в процессе размыва ксенотуфобрекчий 1 тектонические брекчии 3 накапливаются на отрезках обсадных колонн 19 и 21, что предупреждает перекрытие окон 8, а следовательно, не возникает необходимости в их дроблении. Кроме того, в выемочных камерах 28 создают магазин 29 из отбитых от массива ксенотуфобрекчий 1, в котором происходит процесс произвольной дезинтеграции. Магазин создают дебалансом производительностей насоса для подачи подрешетного продукта в камеры 28 и эрлифта, установленного в скважине 11.

На второй стадии после полной обработки ксенотуфобрекчий 1 производят демонтаж фильтра 27 и патрубка 26. Из орта 6 производят с помощью БВР подсечку основания столба абтолитовых брекчий 2 и его плавную посадку, при этом исключается зависание столба в выработанном пространстве 30, так как обсадные колонны скважин 19 и 21 расположены по его периметру и не оказывают сопротивления при его скольжении вниз относительно последних. Кроме того, тектонические брекчии 3, расположенные на отрезках обсадных колонн 19 и 21, при опускании столба скатываются на его верхнее основание, а брекчии, расположенные между отрезками колонн 19 и 21 скатываются в сторону вмещающих пород 5 и зависают. На заключительном этапе выемки столба автолитовых брекчий 2, тектонические брекчии 3 оставляют в выработанном пространстве 30 в качестве закладочного материала, тем самым снижают разубоживание. Погрузку и доставку автолитовых брекчий к шахтному стволу производят традиционными способами. После обработки верхнего этажа выработанное пространство 30 закладывают.

Затем производят отработку нижележащего этажа без формирования в его кровле ПД. Наклонные скважины 19 и 21 бурят из подземных горных выработок для формирования интервалов защемления столба автолитовых брекчий. Задвижку 25 открывают и трубопровод 24 с диспергатором устанавливают на горизонте выпуска. Задвижку 31 на технологической скважине 12 перекрывают и подрешетный продукт подают по трубопроводу 32 в эксплуатационные скважины нижележащего этажа. Устья эксплуатационных скважин при отработке нижележащего этажа без формирования ПЦ закрепляют на консолях в орте 6. Остальные процессы очистной выемки аналогичны процессам, рассмотренным выше.

Использование изобретения позволит вовлечь в эксплуатацию алмазоносные трубки с высокой эффективностью при минимальных эколого-экономических последствиях на окружающую среду.

Формула изобретения

1. СПОСОБ СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ, включающий вскрытие рудного тела выдачной и эксплуатационными скважинами, а также системой подземных горных выработок, разделение рудного тела на части, формирование в основании каждой части приемной камеры, подачу рабочего агента по одним скважинам, разрушение полезного ископаемого и транспортирование пульпы по другим скважинам, отличающийся тем, что при гидродобыче полезных ископаемых из алмазоносных трубок со сложной структурой в виде столба автолитовых брекчий в кольце ксенотуфобрекчий с включением тектонических брекчий выдачную скважину проходят за пределами трубки и диаметрально ей располагают технологическую скважину, деление трубки на части осуществляют системой подземных выработок с формированием этажей и ведут поэтажное разрушение полезного ископаемого в две стадии, при этом разрушение на первой стадии осуществляют абразивным размывом ксенотуфобрекчий, а на второй стадии обрушением столба автолитовых брекчий путем подсечки его на горизонте приемных камер и выдачи автолитовых брекчий через подземные горные выработки, причем в кратерной части трубки оставляют предохранительный целик, поддержание столба автолитовых брекчий в пределах высоты этажа в период разрушения ксенотуфобрекчий производят жестким защемлением его поинтервально обсадными колоннами скважин, которые проходят наклонными с возможностью соприкосновения колонн смежных скважин со стенками столба под накрест лежащими углами.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что тектонические брекчи оставляют в выработанном пространстве.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5