Способ разработки крутопадающих месторождений

 

Изобретение относится к горному делу и может быть эффективно использовано для разработки крутопадающих угольных и рудных месторождений. Способ разработки крутопадающих месторождений включает вскрытие месторождения системой подземных горных выработок и скважинами, проиденными с дневной поверхности, формирование из скважин выемочных камер с оставлением междукамерных целиков, выпуск разрушенного полезного ископаемого из выемочных камер на подземные горные выработки с последующей выдачей его на дневную поверхность. Разработку месторождения ведут по направлению от лежащего к висячему боку. Непосредственно добычу полезного ископаемого производят из выемочных камер, формируемых через скважины углы наклона которых α₁,α₂ соответствуют углу падения месторождения β в две стадии. На первой стадии осуществляют проходку выемочных камер круглого сечения в междукамерных целиках звездообразной формы, контуры которых по их длине создают при проходке выемочных камер круглого сечения на второй стадии. Боковые поверхности выемочных камер, проходимых на первой и второй стадиях, касаются между собой образующими. Искусственные целики в виде цилиндров, образуемые после закладки выработанного пространства выемочных камер, пройденных в междукамерных целиках, используют в качестве направляющего инструмента, с помощью которого проходят выемочные камеры на второй стадии. Крепость закладочного материала исскуственных целиков превышает крепость полезного ископаемого. 1 з. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть эффективно использовано для разработки крутопадающих алмазоносных, угольных и рудных месторождений.

Известен способ комбинированной разработки крутопадающих рудных тел, включающий проведение вертикального или наклонного ствола в боковых породах, по меньшей мере одной горизонтальной или наклонной вскрывающей выработки от ствола к рудному телу, формирование приемной камеры под отрабатываемым рудным телом, бурение скважин в рудном теле, отработку рудного тела и выпуск по меньшей мере части разуплотненной горной массы в приемную камеру с последующей транспортировкой ее на поверхность [1] Способу присущи следующие недостатки: при применении способа не соблюдаются условия безопасного ведения подземных горных работ, что связано с возможным прорывом пульпы из выработанного пространства в подземные выработки; значительные потери полезных компонентов на днище приемной камеры; сложность конструктивного оформления приемной камеры вследствие высокого гидростатического давления пульпы в выработанном пространстве рудного тела.

Прототипом к предлагаемому является способ разработки месторождений полезных ископаемых, включающий вскрытие месторождения системой подземных горных выработок и скважинами, пройденными с дневной поверхности, формирование из скважин выемочных камер с оставлением междукамерных целиков, выпуск разрушенного полезного ископаемого из выемочных камер на подземные горные выработки с последующей выдачей его на дневную поверхность [2] Способу присущи недостатки, главными из которых являются: применение на второй стадии токсичного рабочего агента ведет к загрязнению окружающей среды, как в недрах, так и на дневной поверхности; сложность конструктивного оформления выемочных камер вследствие использования жидких рабочих агентов; значительные потери полезного ископаемого в выемочных камерах за счет обрушения налегающих пород в связи с продолжительностью процесса выщелачивания на второй стадии.

В основу изобретения поставлена задача создать способ разработки крутопадающих месторождений с высокой эффективностью промышленного использования за счет увеличения коэффициента извлечения из недр, снижения себестоимости добычи ввиду отсутствия необходимости деления месторождения по глубине разработки на этажи и подэтажи, а также упрощения конструктивного оформления выемочных камер.

Поставленная задача решается тем, что способ разработки крутопадающих месторождений включает вскрытие месторождения системой подземных горных выработок и скважинами, пройденными с дневной поверхности, формирование из скважин выемочных камер с оставлением междукамерных целиков, выпуск разрушенного полезного ископаемого из выемочных камер на подземные горные выработки с последующей выдачей его на дневную поверхность. Разработку месторождения ведут от лежащего к висячему боку.

Добычу полезного ископаемого производят из выемочных камер, формируемых через скважины, углы наклона которых соответствуют углу падения месторождения, в две стадии.

На первой стадии осуществляют проходку выемочных камер круглого сечения в междукамерных целиках звездообразной формы, контуры которых по их длине создают при проходке выемочных камер круглого сечения на второй стадии. Боковые поверхности выемочных камер, проходимых на первой и второй стадиях, касаются между собой образующими. Искусственные целики в виде цилиндров, образуемые после закладки выработанного пространства выемочных камер, пройденных в междукамерных целиках, используют в качестве направляющих породоразрушающего инструмента, с помощью которого проходят выемочные камеры на второй стадии.

Крепость закладочного материала искусственных целиков превышает крепость полезного ископаемого.

Осуществление на первой стадии проходки выемочных камер в междукамерных целиках вызвано необходимостью возведения искусственного целика, крепость закладочного материала которого превышает крепость полезного ископаемого. Искусственные целики препятствуют смещению породоразрушающих инструментов, с помощью которых проходят выемочные камеры на второй стадии, в сторону лежащего бока месторождения, тем самым позволяют регламентировать потери полезного ископаемого в междукамерных целиках на заданном уровне.

Бурение скважин с дневной поверхности, углы наклона которых соответствуют углу падения месторождения, позволяет достичь максимального извлечения полезного ископаемого из недр при минимальном разубоживании.

Предлагаемая схема разработки месторождения по направлению от лежащего к висячему боку позволяет вынести добычное оборудование, расположенное на дневной поверхности, за зону сдвижения полезного ископаемого и налегающих пород, предотвратить тем самым возможность возникновения аварийных ситуаций.

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 разработки крутопадающих месторождений с высокой эффективностью промышленного использования. Следовательно, предложенное решение имеет изобретательский уровень, так как явным образом не следует из уровня используемых техники и технологии на данном этапе развития.

Изобретение рассматривается на примере разработки крутопадающего пластового месторождения. Налегающие породы слабоустойчивы и сильно обводнены. Вмещающие породы представлены известняками.

На фиг.1 изображена схема отработки крутопадающего месторождения, вид в плане; на фиг.2 разрез по А-А по месторождению в вертикальной плоскости на фиг. 1; на фиг.3 последовательность проходки выемочных камер первой и второй очереди; на фиг.4 показан разрез по Б-Б по искусственным целикам и выемочным камерам, формируемым во вторую очередь на фиг.3; на фиг.5 в аксонометрии изображено положение породоразрушающего инструмента, используемого при проходке выемочных камер второй очереди, на направляющих, в качестве которых используют искусственные целики.

Способ разработки крутопадающих месторождений осуществляют следующим образом. Вскрытие месторождения 1 осуществляют шахтными стволами 2 и квершлагами 3. Квершлаги 3 соединяют между собой полевым капитальным штреком 4. Из капитального штрека 4, а также на продолжении квершлагов 3, от висячего 5 к лежащему 6 боку месторождения проходят систему параллельных ортов 7. Из ортов 7 осуществляют проходку камер 8. Одновременно с дневной поверхности через налегающие породы 9 и полезное ископаемое осуществляют бурение скважин 10, забои которых располагают в кровле камер 8. Вдоль границы месторождения 1 с вмещающими породами 11, как со стороны висячего 5, так и со стороны лежащего 6 боков, а также на его флангах, продольные оси скважин 10 располагают на контакте месторождения с вмещающими породами. Углы наклона α₁, скважин 10 соответствуют углу падения β месторождения. Разработку месторождения ведут панелями П по направлениям 12 от флангов к его центральной части. При этом панели П разрабатывают добычными блоками Б' по направлению 13 от лежащего 6 к висячему 5 боку месторождения.

Непосредственно добычу полезного ископаемого из блоков Б' производят в две стадии.

На первой стадии осуществляют проходку наклонных выемочных камер 14 круглого сечения. Для этого на устье скважины 10 устанавливают буровую установку (не показана), с помощью которой в ствол скважины опускают буровую колонну 15. В камере 8 нижний торец буровой колонны соединяют с породоразрушающим инструментом 16. Режущими элементами породоразрушающего инструмента при его вращении и подъеме ввеpх производят разрушение полезного ископаемого в пределах контуров выемочной камеры с дальнейшим магазинированием разрушенного полезного ископаемого в выработанном пространстве. Проходку выемочной камеры 14 прекращают при достижении ее кровлей нижней границы предохранительного целика 17. Оставление предохранительного целика 17 вызвано необходимостью предотвращения прорыва грунтовых вод из налегающих 9 и вмещающих 11 пород в выработанное пространство выемочных камер 14, а в дальнейшем и в подготовительные, нарезные и в выработки вскрытия. После полной проходки выемочной камеры 14 и выпуска разрушенного полезного ископаемого буровую колонну 15 вместе с породоразрушающим инструментом 16 опускают в камеру 8. Отсоединяют породоразрушающий инструмент, после чего буровую колонну поднимают на дневную поверхность. Затем на сопряжении камеры 8 с ортом 7 устанавливают водонепроницаемую перемычку (на чертежах не показана). Внутреннюю полость выемочной камеры 14 через скважину 10 заполняют твердеющим материалом. Крепость закладочного материала после набора прочностных характеристик должны превышать крепость полезного ископаемого. Таким образом создают искусственные целики 18 в форме цилиндров.

На второй стадии с дневной поверхности осуществляют бурение скважин 19 с расположением их забоев в кровле ортов 7. Угол наклона α₂ каждой из скважин 19 соответствует углу падения β месторождения. На устье скважины 19 устанавливают буровую установку (на чертежах не показана), с помощью которой в ствол скважины опускают буровую колонну 20. Нижний торец буровой колонны 20 в орте 7 соединяют с породоразрушающим инструментом 21. Режущими элементами породоразрушающего инструмента 20 производят разрушение полезного ископаемого в пределах контуров наклонной выемочной камеры 22 при его вращении и подъеме вверх. Разрушенное полезное ископаемое магазинируют 23 в выработанном пространстве выемочной камеры для предотвращения образования призм сползания. При достижении кровлей выемочной камеры 22 нижней границы предохранительного целика 17, проходку последней прекращают с последующим выпуском разрушенного полезного ископаемого из магазина 23 на орт 7. Из орта полезное ископаемое выдают на дневную поверхность для обогащения. Затем буровую колонну 20 опускают вниз с последующим демонтажом породоразрушающего инструмента 21. После этого в орте 7 устанавливают водонепроницаемую перемычку (на чертежах не показана). Через скважину 19 выработанное пространство выемочной камеры 22 заполняют твердеющей закладкой 24. На этом процесс выемки полезного ископаемого из блока добычного Б' прекращают. В пределах границ добычного блока Б боковые поверхности выемочных камер 14 и 22, проходимые на первой и второй стадиях, соответственно, касаются между собой образующими. Этим достигается снижение потерь в междукамерных целиках 25 звездообразной формы до уровня, не превышающего 8% на добычный блок.

Таким образом, для обеспечения предлагаемой технологии расстояние между продольными осями ортов 7 равны диаметру D выемочной камеры 22, проходимой на второй стадии. Диаметр d выемочной камеры 14 из условий достижения минимального уровня потерь в добычном блоке Б определяют из выражения d=0,4D. С применением указанной закономерности представляется возможным использование искусственных целиков 18 в качестве направляющих породоразрушающего инструмента 21, с помощью которого проходят выемочные камеры 22 на второй стадии.

Использование изобретения позволит вовлечь в промышленное освоение алмазоносные, угольные и рудные месторождения с высокой эффективностью без нанесения ущерба окружающей среде.

Формула изобретения

1. СПОСОБ РАЗРАБОТКИ КРУТОПАДАЮЩИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, включающий вскрытие месторождения подземными горными выработками и пилот-скважинами, отработку рудных тел блоками с выемкой полезного ископаемого камерами и формированием междукамерных целиков, выпуск разрушенного полезного ископаемого на подземные выработки и выдачу его на дневную поверхность, отличающийся тем, что пилот-скважины бурят с выходом их забоев в кровлю подземных горных выработок, выемку полезного ископаемого ведут цилиндрическими наклонными камерами с углом наклона, равным углу падения рудного тела, в направлении от лежачего бока к висячему, причем вначале извлекают полезное ископаемое в междукамерных целиках скважинами, разбуриваемыми по квадратной сетке с расстоянием между ними, равным диаметру выемочной камеры, с закладкой выработанного пространства твердеющей смесью и образованием искусственных междукамерных целиков, а выемку полезного ископаемого в камерах ведут под защитой искусственных целиков разбуриванием пилот-скважин снизу вверх буровым оборудованием, навешиваемым на буровую колонну в подземной горной выработке.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что искусственные междукамерные целики формируют крепостью, превышающей крепость полезного ископаемого.

РИСУНКИ

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