Способ разработки месторождений полезных ископаемых

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для разработки алмазоносных трубок, залегающих в сложных горно-геологических условиях. Способ разработки месторождения полезных ископаемых включает вскрытие месторождения скважинами, подземными горными выработками - шахтными стволами и квершлагами разрушение полезного ископаемого через скважины, выдачу разрушенного полезного ископаемого через подземные горные выработки. Разработку алмазоносной трубки ведут панелями в форме кольцевых цилиндров. Панель по ширине формируют добычными блоками, состоящими из трех радиально расположенных выемочных камер в форме прямых цилиндров, касающихся между собой образующими. Продвижение фронта очистных работ в панели осуществляют путем выемки полезного ископаемого в смежные с отработанными и заложенными блоками по направлению к капитальному штреку, пересекающего трубку диаметрально на горизонте выпуска. Между отрабатываемыми панелями оставляют временные целики в форме кольцевых цилиндров, которые разрабатывают во вторую очередь панелями, после частичной или полной закладки выработанного пространства смежных с временными целиками панелей. Подготовку панелей к эксплуатации осуществляют кольцевыми штреками, пройденными на горизонте выпуска вдоль оси, делящей ширину каждой панели пополам. Подготовку добычных блоков к очистной выемке производят путем проходки из кольцевых штреков двух камер, расположенных симметрично по отношению к продольной оси штрека. В кровле кольцевых штреков и камер размещают забой пилот-скважины, пробуренных в центре выемочных камер. Добычу полезного ископаемого в пределах контуров выемочных камер производят буровыми установками, расположенными на дневной поверхности, путем расширения пилот-скважин породоразрушающим инструментом, навешиваемым на буровую колонну в кольцевом штреке и камерах. Разрушенное полезное ископаемое магазинируют в выработанном пространстве выемочных камер. В интервале глубин кратерной части трубки оставляют предохранительный целик и под его основанием формируют несущий целик в форме прямого цилиндра, диаметр которого превышает диаметр трубки, расположенный в плоскости сечения основания целика. Суммарная высота предохранительного и несущего целиков по меньшей мере равна или превышает мощность обводненных вмещающих пород. Несущий целик возводят из кольцевых цилиндров, образованных выемочными камерами с закладкой выработанного пространства, по направлению от границы трубки с вмещающими породами к ее центру с опережением скорости возведения несущего целика скорости продвижения фронта очистных работ в панелях. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для разработки алмазоносных трубок, залегающих в сложных горно-геологических условиях.

Известен способ геотехнологического извлечения материалов из мощных подземных формаций, включающий вскрытие формации скважинами и подземными горными выработками, разрушение полезного ископаемого в пределах интервала извлечения, магазинирование и последующую выдачу полезного ископаемого на поверхность [1] Недостатками способа являются: значительные потери полезного ископаемого в недрах; высокая себестоимость добычи полезного ископаемого; высокий уровень ущерба, наносимого окружающей среде при обрушении кровли выемочных камер.

Наиболее близким к предлагаемому является способ разработки месторождений полезных ископаемых, включающий вскрытие месторождения скважинами и подземными горными выработками, разрушение полезного ископаемого через скважины, выдачу разрушенного полезного ископаемого на поверхность через подземные горные выработки [2] Способу присущи следующие недостатки: значительные потери полезного ископаемого и его разубоживание налегающими породами, при обрушении кровли выемочных камер; высокая себестоимость добычи полезного ископаемого за счет значительных энергозатрат на гидроотбойку и выщелачивание полезного ископаемого; высокий уровень ущерба, наносимого окружающей среде при обрушении налегающих пород, а также от использования токсичного рабочего агента.

Цель изобретения создание способа разработки месторождений полезных ископаемых с высокой эффективностью промышленного использования за счет снижения эколого-экономических последствий разработки, себестоимости добычи, а также повышение полноты и качества очистной выемки.

Цель достигается тем, что способ разработки месторождений полезных ископаемых включает вскрытие месторождения скважинами и подземными горными выработками, разрушение полезного ископаемого через скважины, выдачу разрушенного полезного ископаемого на поверхность через подземные горные выработки.

Разработку алмазоносной трубки ведут панелями в форме кольцевых цилиндров. Панель по ширине формируют добычными блоками, состоящими из трех радиально расположенных выемочных камер в форме прямых цилиндров, касающихся между собой образующими.

Продвижение фронта очистных работ в панели осуществляют путем выемки полезного ископаемого в смежных с отработанными и заложенными блоками по направлению к капитальному штреку, пересекающего трубку диаметрально на горизонте выпуска. Между отрабатываемыми панелями оставляют временные целики в форме кольцевых цилиндров, которые разрабатывают во вторую очередь панелями, после частичной или полной закладки выработанного пространства смежных с временными целиками панелей.

Подготовку панелей к эксплуатации осуществляют кольцевыми штреками, пройденными на горизонте выпуска вдоль оси, делящей ширину каждой панели пополам. Подготовку добычных блоков к очистной выемке производят путем проходки из кольцевых штреков двух камер, расположенных симметрично по отношению к продольным осям штреков. В кровле кольцевых штреков и камер размещают забои пилот-скважин, пробуренных в центре выемочных камер.

Добычу полезного ископаемого в пределах контуров выемочных камер производят буровыми установками, расположенными на дневной поверхности, путем расширения пилот-скважин породоразрушающим инструментом, навешиваемым на буровую колонну в кольцевом штреке и камерах. Разрушенное полезное ископаемое магазинируют в выработанном пространстве выемочных камер.

В интервале глубин кратерной части трубки оставляют предохранительный целик и под его основанием формируют несущий целик в форме прямого цилиндра, диаметр которого превышает диаметр трубки, расположенный в плоскости сечения его основания. Суммарная высота предохранительного и несущего целиков по меньшей мере равна или превышает мощность обводненных вмещающих пород. Несущий целик возводят из кольцевых цилиндров, образованных выемочными камерами с закладкой выработанного пространства, по направлению от границы трубки с вмещающими породами к ее центру с опережением скорости возведения несущего целика скорости продвижения фронта очистных работ в панелях.

Изобретение рассматривается на примере разработки алмазоносной трубки, залегающей в сложных горно-геологических условиях. Налегающие породы представлены плывунами. Вмещающие породы до горизонта, расположенного от дневной поверхности на глубину 300 м, сильно обводнены и связаны гидросетью с морем. Прорыв грунтовых вод в очистное пространство сопряжен с невосполнимыми потерями людей и техники, а также экологическими последствиями вследствие обрушения дневной поверхности.

На фиг.1 показана схема вскрытия месторождения с формированием несущего целика; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 и 5 схемы процесса конструктивного оформления выемочных камер, принадлежащих добычному блоку; на фиг.6 разрез В-В на фиг.5; на фиг.7 схема последовательности обработки месторождения.

Способ разработки месторождений полезных ископаемых осуществляют следующим образом.

На стадии проектирования рудника в зависимости от горно-геологических условий залегания трубки и балансовых запасов устанавливают: экономически целесообразную глубину разработки; годовую производительность; срок отработки запасов; высоту предохранительного целика; высоту несущего целика и его прочностные характеристики; способ вскрытия и подготовки трубки к эксплуатации.

Затем производят вскрытие трубки 1 шахтными стволами 2, 3 и квершлагами 4, 5. Квершлаги 4 и 5 соединяют между собой капитальным штреком 6. Шахтные стволы 2, 3 в пределах мощностей налегающих пород 7 и обводненных вращающих пород 8 проходят специальными методами, например с замораживанием. В необводненных вмещающих породах 9 шахтные стволы проходят известными традиционными способами. В интервале глубин кратерной части трубки 1 под налегающими породами 7 оставляют предохранительный целик 10.

Поскольку полезное ископаемое трубки представлено ксенотуфобрекчиями, сложенными в основном глинами, предохранительный целик является водоупором и предотвращает поступление воды в очистное пространство разрабатываемых нижележащих горизонтов из налегающих 7 и обводненных вмещающих 8 пород.

Под основанием предохранительного целика 10 формируют несущий целик 11 в форме прямого цилиндра. Диаметр несущего целика превышает диаметр трубки 1, расположенный в плоскости сечения основания целика. Суммарная высота предохранительного и несущего целиков по меньшей мере равна или превышает мощность обводненных вмещающих пород 8. Защемление несущего целика во вмещающих породах 8 необходимо для перераспределения нагрузки, воспринимаемой целиком, и его массы на вмещающие породы 9 и полезное ископаемое трубки. Кроме того, целик 11 предотвращает поступление воды из вмещающих пород 8 в очистное пространство трубки, которое расположено ниже основания целика. Таким образом, целики 10 и 11 предохраняют отрабатываемую часть трубки подземным способом от больших водопритоков, тем самым, кроме известных недостатков, позволяют сохранить механические свойства отбитого от массива полезного ископаемого, которое при контакте с водой склонно к произвольной дезинтеграции. Это весьма важно при использовании систем разработки с магазинированием полезного ископаемого, которое выполняет функции активного отпора призмам сползания, образующихся в стенках выемочных камер по их высоте. Несущий целик 11 возводят из кольцевых цилиндров 12, образованных выемочными камерами 13 с последующей закладкой выработанного пространства. Кольцевые цилиндры 12 размещают по направлению 14 от границы трубки с обводненными вмещающими породами 8 к ее центру. Скорость возведения несущего целика опережает скорость продвижения фронта очистных работ отрабатываемой части трубки подземным способом.

Создание выемочных камер 13 осуществляют агрегатами 15 скважинной гидродобычи с использованием гидравлического оборудования 16 для отбойки и выдачи полезного ископаемого в виде пульпы на поверхность через скважины 17. Образованную выемочную камеру 13 закладывают твердеющим материалом. Смежную с заложенной выемочной камерой проходят после набора твердеющим материалом необходимой прочности. Для интенсификации процесса возведения несущего целика количество агрегатов 15 скважинной гидродобычи, находящихся в одновременной работе, может быть значительным. Кроме того, попутная добыча полезного ископаемого в пределах контуров несущего целика, расположенного в кратерной части трубки, позволяет сократить сроки ввода в эксплуатацию месторождения, а также окупить значительную часть капитальных затрат, связанных с вскрытием и подготовкой трубки к промышленной разработке.

Одновременно с возведением несущего целика 11 осуществляют комплекс подготовительных и очистных работ.

Разработку трубки ведут панелями 18, 19, и 20 в форме кольцевых цилиндров. Панели по ширине Г формируют добычными блоками, состоящими из трех, радиально расположенных по отношению к центру трубки, выемочных камер 21, 22 и 23 в форме прямых цилиндров, касающихся между собой образующими. Подготовку панелей 18, 19 и 20 к эксплуатации осуществляют кольцевыми штреками 24, 25 и 26, которые проходят из капитального штрека 6, расположенного на горизонте выпуска. Кольцевые штреки проходят вдоль концентричной оси каждой панели в плане, делящей ее ширину Г пополам. Подготовку добычных блоков к очистной выемке производят путем проходки из кольцевых штреков 24, 25 и 26 двух камер 27 и 28, симметрично расположенных по отношению к продольным осям штреков, совпадающим с концентричными осями каждой панели в плане. В первую очередь отрабатывают панель 18, примыкающую к границе трубки с вмещающими породами 9. За счет конусности трубки, а также с целью предотвращения прорыва воды из вмещающих пород 8, на границе трубки оставляют охранный целик 29 в форме опрокинутого кольцевого усеченного конуса, являющегося преградой от затопления очистного пространства отрабатываемой панели 18. Отработку панели 18, а также последующих панелей 19, 20 ведут от оси 30 трубки, расположенной под прямым углом к продольной оси капитального штрека 6, который пройдет в диаметральном направлении. Наращивание фронта очистных работ в панели 18 осуществляют по направлениям 31 в сторону капитального штрека 6.

Если возникает необходимость увеличения производительности рудника, отработку трубки ведут двумя и большим количеством панелей, находящихся в одновременной эксплуатации, например панелей 18 и 20. Для этого между отрабатываемыми панелями 18 и 20 оставляют временные целики, например 19, в форме кольцевых цилиндров, являющиеся панелями, которые разрабатывают во вторую очередь. Выполнение указанной закономерности необходимо для полной или частичной закладки выработанного пространства панелей 18 и 20, смежных с временными целиками, а также набора необходимой прочности закладочным материалом.

Одновременно с подготовкой панелей к эксплуатации, с дневной поверхности через налегающие породы 7, предохранительный 10 и несущий 11 целики, а также полезное ископаемое трубки, в центре выемочных камер 21, 22 и 23 бурят вертикальные скважины 32, забои которых располагают в кровле кольцевых штреков 24, 25 и 26 и камер 27 и 28. Скважины 32 в пределах мощности налегающих пород 7 и высоты предохранительного целика 10 обсаживают колонной труб 33, а их затрубные пространства цементируют. На устье обсадной колонны 33 одной из скважин 32, забой которой расположен в кровле камеры 28, устанавливают буровую установку (например, HG330SP) 34, предназначенную для проходки восстающих цилиндрических выработок с большими диаметрами. В скважину 32, являющуюся выработкой вскрытия и пилот-скважиной, опускают буровые штанги, на нижний торец которых в камере 28 навешивают породоразрушающий инструмент 35, снабженный твердосплавными режущими элементами. При вращении и поступательном перемещении вверх породоразрушающего инструмента твердосплавные режущие элементы производят отбойку полезного ископаемого, которое магазинируют в выработанном пространстве выемочной камеры 21. Образование магазина 36 вызвано необходимостью поддержания стенок выемочной камеры 23 в устойчивом состоянии на время полной ее отработки, вертикальные размеры которой значительны. При достижении поверхностью магазина 36 породоразрушающего инструмента 35 за счет разрыхления полезного ископаемого производят частичный выпуск и уборку разрушенного полезного ископаемого погрузочно-транс- портными машинами 37 с доставкой его к шахтным стволам и дальнейшей выдачей на поверхность для обогащения. Добычу полезного ископаемого из выемочной камеры 21 прекращают в момент касания породоразрушающим инструментом 35 основания несущего целика 11. Затем производят полный выпуск и уборку полезного ископаемого из камеры. После этого в камере 28 устанавливают перемычку 38, а на устье обсадной колонны размещают питатель 39. В питатель загружают твердеющую закладку 40, которая заполняет выработанное пространство выемочной камеры. После набора прочности твердеющая закладка образует монолитную несущую конструкцию 41, которая воспринимает нагрузку несущего целика. С целью набора прочности конструкцией 41 принимают следующий порядок отработки выемочных камер 21, 22 и 23 в пределах контуров добычного блока. В первую очередь отрабатывают камеру 23 с последующей закладкой. Затем отрабатывают камеру 21 с оставлением между камерами целика, в котором будет пройдена камера 22 на заключительной стадии формирования добычного блока.

После полной отработки и закладки выработанного пространства панелей 18 и 20 в теле трубки будут созданы искусственные целики 42 и 43, которые предотвращают сдвижение пород и полезного ископаемого при отработке панели 19.

Отработку панели 19 ведут в последовательности и с соблюдением процессов очистной выемки, описанных при разработке панелей 18 и 20.

Для снижения потерь полезного ископаемого в недрах охранный целик 29 отрабатывают на стадии погашения очистных работ с использованием метода скважинной гидродобычи.

Кроме того, в процессе нарезки и отработки панели 20 в центре трубки, при использовании предложенной технологии добычи полезного ископаемого, формируют технологический целик 44 в виде прямого цилиндра. Диаметр технологического целика 44 незначительный и не превышает ширины капитального штрека 6. Отработку его ведут на заключительной стадии погашения очистных работ. Для этого с дневной поверхности бурят скважины 32, забои которых располагают в кровле капитального штрека 6. В штреке 6 на буровые штанги навешивают породоразрушающий инструмент 35, с помощью которого проходят выемочные камеры. Выпуск и уборку разрушенного полезного ископаемого ведут из штрека 6. Затем осуществляют закладку выработанного пространства выемочных камер.

После этого производят демонтаж шахтного оборудования и консервацию шахтных стволов 2 и 3.

Использование изобретения позволит вовлечь в эксплуатацию алмазоносные трубки, залегающие в сложных горно-геологических условиях, с высокой эффективностью без нанесения ущерба окружающей среде.

Формула изобретения

1. СПОСОБ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ, включающий вскрытие залежи скважинами и подземными горными выработками, проходку штреков на горизонте выпуска, формирование выемочных камер, образующих блоки, с разрушением полезного ископаемого через скважины и выдачу разрушенного полезного ископаемого на поверхность через подземные горные выработки, отличающийся тем, что при разработке алмазоносных трубок штрек проходят с пересечением трубки по диаметру, разработку трубки ведут панелями в виде кольцевых цилиндров, при этом панель по ширине формируют добычными блоками, состоящими из трех радиально расположенных выемочных камер в форме прямых цилиндров, касающихся между собой образующими, а панель отрабатывают расходящимся фронтом в направлении к штреку с частичной или полной закладкой выработанного пространства.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подготовку панели к эксплуатации осуществляют кольцевыми штреками, пройденными на горизонте выпуска вдоль оси, делящей ширину каждой панели пополам, при этом подготовку добычных блоков к очистной выемке производят путем проходки из кольцевых штреков двух камер, расположенных симметрично по отношению к продольным осям штреков, при этом скважины бурят по центру камер с выходом в кровлю кольцевых штреков.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что разрушение полезного ископаемого в пределах контуров выемочных камер производят буровыми установками, расположенными на дневной поверхности, путем расширения скважин породоразрушающим инструментом, навешиваемым на буровую колонну в кольцевом штреке и камерах, причем разрушенное полезное ископаемое магазинируют в выработанном пространстве выемочных камер.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в интервале глубин кратерной части трубки оставляют предохранительный целик и под его основанием формируют несущий целик в форме прямого цилиндра, диаметр которого превышает диаметр трубки, расположенный в плоскости сечения его основания, при этом суммарная высота предохранительного и несущего целиков по меньшей мере равна или превышает мощность обводненных вмещающих пород, причем несущий целик возводят из кольцевых цилиндров, образованных закладкой выемочных камер по направлению от границы трубки с вмещающими породами к ее центру с опережением скорости возведения несущего целика скорости продвижения фронта очистных работ в панели.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7