Способ и механизированный комплекс для отработки кимберлитовых трубок

 

Способ для отработки кимберлитовых трубок, при котором на вентиляционном и транспортном горизонтах по контуру кимберлитовой трубки проходят оконтуривающие штреки, которые сбивают между собой вертикальными вентиляционно-ходовыми сбойками. Решается задача отработки под зонами повышенного обводнения. По центру трубки бурят восстающий для подачи сухой закладки к механизированному комплексу. Отработку блока ведут механизированным комплексом слоями по винтовой линии в восходящем порядке. Нарезные работы в блоке осуществляют проходческим щитом (комбайном) механизированного комплекса проходкой слоевой вентиляционной выработки по контуру кимберлитовой трубки по винтовой линии в восходящем порядке. При проходке слоевой вентиляционной выгрузки вскрываются вентиляционно-ходовые сбойки, через которые осуществляют вентиляцию рабочего пространства комплекса. Отбойка кимберлита осуществляется добычным устройством в виде струга стружкой толщиной 0,1-0,3 м на всю высоту слоя под прикрытием механизированной крепи. Для уменьшения энергоемкости процесса отбойки кимберлита и снижения повреждения кристаллов могут вести разупрочнение кимберлита химико-статическими и химико-динамическими процессами. После выемки каждой стружки отработанное пространство слоя заполняют сухой закладкой. Дозакладку выработанного пространства могут производить нагнетанием твердеющего раствора между кровлей кимберлита и верхним слоем закладки. Для обслуживания механизированного комплекса и выдачи руды в закладке выкрепляют многоотдельный ствол. 2 с.и 5 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке трубкообразных рудных тел кимберлитовых месторождений.

Известен способ разработки трубкообразных рудных тел [1], включающий проведение подготовительных и нарезных выработок, слоевую восходящую отработку запасов вертикальных полос с закладкой очистного пространства твердеющими смесями. В данном случае нарезную выработку в слое проходят по контуру рудного тела не более чем на половину его длины, отработку ведут одновременно по всей площади рудного тела полосами первой и второй очереди с отставанием выемки второй очереди на высоту, обусловленную скоростью твердения закладки и учитывающую действие ударных волн по имперической формуле, при этом отработку каждого слоя в полосах первой очереди ведут с формированием рудных целиков на сопряжениях нарезной и очистной выработок. После закладки очистных выработок слоя полос первой очереди из нарезной выработки заложенного слоя взрывом шпуров в ее кровле проходят нарезную выработку полос первой очереди следующего слоя и закладывают нарезную выработку предыдущего слоя. Нарезную выработку в слое полос второй очереди проходят по сформированным целикам в присечку к заложенной нарезной выработке полос первой очереди. Недостатком данного способа является большой расход цемента для приготовления твердеющих смесей и зависимость интенсивности отработки от времени упрочнения закладки в предыдущих полосах.

Наиболее близким по технической сущности является способ разработки рудных тел [2] , включающий проходку восстающего и выемку руды слоями сверху вниз в радиальном направлении под прикрытием, причем восстающий проходят по центру рудного тела, а отбойку производят одним очистным забоем по спирали вокруг указанного восстающего с перепуском отработанной руды в последний. Кроме того, для улучшения проветривания могут проходить фланговый восстающий и вентиляционный штрек, проходка последнего опережает очистную выработку на один оборот, а вентиляционный штрек соединяют фланговым восстающим с очистным забоем. Недостатком известного технического решения является сложность поддержания отработанного пространства без перемещений, что не допускает применения этого способа при разработке рудного тела под водоносными горизонтами.

Кроме того, широко известен механизированный комплекс со струговой установкой для добычи полезного ископаемого (Машины и оборудования для угольных шахт. -М: Недра, 1987, с. 24-30), включающий механизированную крепь, конвейер для подачи полезного ископаемого и струговую установку. Недостатком известного комплекса является невозможность ведения закладки выработанного пространства сухой закладкой.

Наиболее близким по технической сущности является способ с применением механизированной крепи для подземной разработки трубок [3]. Основа данного способа заключается в проходке в центральной части трубки рудоспускного ствола, за пределами рудного тела - главного ствола для подъема руды. Стволы между собой сбиваются системой горноподготовительных выработок и некоторым количеством вентиляционных стволов по контуру кимберлитовой трубки. Далее подготавливают один или несколько радиальных забоев, оснащенных механизированной крепью, и на нее настилают гибкое перекрытие. Подготовка радиального забоя заключается в придании ему наклона для выемки по спирали. По контуру вынимаемого рудного тела создают спиральный кольцевой штрек, соединяющий очистной забой с вентиляционными стволами. В виду того, что технологией данного способа предусмотрен взрывной способ отбойки кимберлита, используются специальные механические крепи с динамической адаптивностью. Отработку кимберлитовой трубки ведут в нисходящем порядке радиальными спиральными забоями с механизированной крепью вокруг рудоспуска. По мере выемки слоя руды возводят спиральный кольцевой штрек, наращивают вентиляционные стволы, а выработанное пространство заполняют закладкой. Недостатком данного технического решения является невозможность использования при отработке месторождения под водоносным горизонтом.

Из вышеизложенного видно, что актуальной задачей является создание способа отработки кимберлитовых трубок под зонами повышенного обводнения (которые не позволяют вести работы с обрушением руды и вмещающих пород) и техники, обеспечивающей механизацию всех основных процессов для повышения производительности труда.

Поставленная цель достигается следующим образом. На вентиляционном и транспортном горизонтах по контуру рудного тела проходят выработки, которые через интервалы соединяют между собой вертикальными вентиляционно-ходовыми сбойками, на вентиляционном горизонте диагонально через центр кимберлитовой трубки проходят штрек для подачи закладки в блок, а восстающий, пройденный по центру кимберлитовой трубки, используют для подачи закладочного материала к механизированному комплексу. Механизированный комплекс монтируют на транспортном горизонте с оставлением надштрекового целика. Проходческим щитом (комбайном) механизированного комплекса по контуру кимберлитовой трубки по винтовой линии в восходящем порядке проходят слоевой вентиляционный штрек, протяженность которого при работе механизированного комплекса должна обеспечивать соединение забоя по меньшей мере с одной вентиляционной сбойкой. Механизированным комплексом слои отрабатываются в восходящем порядке с отбойкой руды стружкой на всю высоту слоя под прикрытием механизированной крепи и по мере продвижения крепи отработанное пространство после съема каждой стружки заполняется закладкой. В центральной части заложенного массива ведут возведение (выкрепление) ствола по меньшей мере с двумя отделениями для спуска руды и вспомогательных операций.

Реализация вышеописанного способа осуществляется механизированным комплексом со следующими отличиями.

Головная часть механизированного комплекса снабжена проходческим щитом (комбайном) с инвентарной крепью для проходки и крепления слоевого вентиляционного штрека от механизированного комплекса по крайней мере до первой вентиляционной сбойки.

Хвостовая часть механизированного комплекса снабжена пневмозакладочным устройством, соединенным с дозатором восстающего для подачи закладочного материала.

Каждая секция механизированной крепи снабжена отрезком закладочного трубопровода и соплом для подачи закладки в отработанное пространство, которая при необходимости посредством быстроразъемного соединения прикрепляется к отрезкам трубопровода смежной секции.

Механизм (рабочий орган) для добычи выполнен стругом с зубьями активного действия.

Кроме того, для подачи закладки и ее распределения в узком пространстве секция крепи может быть снабжена дополнительным конвейером, закрепленным на заднем верхняке закладочного отделения.

Отличие состоит также в том, что ограждающая стена секции может быть снабжена источником колебаний. Кроме того, в том, что закладочное устройство может быть снабжено дополнительным механизмом для приготовления твердеющей смеси и приспособлением для укладки в выработанное пространство.

Существенными отличиями предложенного технического решения являются следующие.

На вентиляционном и транспортном горизонтах по контуру рудного тела проходят выработки, которые через интервалы соединяют между собой вертикальными вентиляционно-ходовыми сбойками.

Данное техническое решение позволяет с минимальным количеством горноподготовительных выработок подготовить один блок для отработки всего месторождения в этаже. Причем необходимо отметить, что размер блока может быть до 300 м и более. (Механизированные крепи могут быть длиной до 200 м. Размер блока определяется двойной длиной механизированной крепит). При этом обеспечивается проточная вентиляция за счет общешахтной депрессии, безопасный выход при любых аварийных ситуациях в блоке, надежный водоотлив как технологической, так и естественной воды.

Техника и технология ведения очистных работ позволяет отработать этажи до 100 м и более.

Между вентиляционным и транспортным горизонтами проходятся вентиляционно-ходовые сбойки. Современное развитие техники позволяет проходить данные выработки в кимберлите буросбоечными машинами, которые могут бурить скважины глубиной до 100 м, диаметром до 300 мм, а затем расширять до 1200 мм с высокой производительностью, обеспечивая безопасные условия труда. Расстояния (интервалы) между соседними вентиляционно-ходовыми сбойками определяются из экономических соображений.

На вентиляционном горизонте диагонально через центр кимберлитовой трубки проходят штрек для подачи закладки в блок и восстающий, пройденный по центру кимберлитовой трубки, используемый для подачи закладочного материала.

Данное техническое решение уменьшает количество горноподготовительных работ в блоке. Подача закладочного материала через центральный восстающий снижает трудоемкость этой операции и позволяет оборудовать место перепуска закладочного материала механизмами и приспособлениями, обеспечивающими надежную работу при минимальных затратах на 1 м³ закладки блока.

Механизированный комплекс монтируют на транспортном горизонте с оставлением надштрекового целика. Данное техническое решение позволяет сократить затраты на поддержание транспортного горизонта при отработке блока на всю высоту, обеспечить водоотлив воды из блока через выработку, пройденную по контуру рудного тела на транспортном горизонте, при этом обеспечить минимальные затраты на монтаж комплекса в специально пройденной монтажной камере диагонально расположенного восстающего, пройденного по центру кимберлитовой трубки до ее граничного контура.

Проходческим щитом (комбайном) механизированного комплекса по контуру кимберлитовой трубки по винтовой линии в восходящем порядке проходят слоевой вентиляционный штрек, протяженность которого при работе механизированного комплекса должна обеспечивать соединение по меньшей мере с одной вентиляционной сбойкой.

Данное техническое решение позволяет упростить технологию нарезки блока. В блоке, которым отрабатывается весь этаж (площадью несколько сот квадратных метров),проходится одним забоем одна нарезная слоевая выработка. Несмотря на то что количество нарезных выработок на 1000 т запасов блока сравнительно больше 2-6 погонных метров и на блок проходится до 10 км нарезной выработки, проходка ее не составляет большой трудоемкости. Выработка проходится по винтовой линии, т. е. на один виток длиной 200-500 м поднимается 2-3 м, почти горизонтально с углом, обеспечивающим самоток воды. В процессе эксплуатации блока слоевая вентиляционная выработка проходится и погашается. Способ предусматривает, чтобы при помощи слоевого вентиляционного штрека очистной забой с механизированной крепью имел постоянную связь с вентиляционным горизонтом через вентиляционную сбойку, из этих предпосылок и определяется минимальная длина действующего слоевого вентиляционного штрека. Чем меньше длина штрека, тем меньше потребуется инвентарной крепи для поддержания в рабочем состоянии, меньше расходы на транспортировку горной массы от проходческого забоя штрека до перегрузки на добычной конвейер механизированной крепи, и составляет 20-80 м. Кроме того, при проходке слоевой вентиляционной выработки вентиляция забоя осуществляется за счет общешахтной дипрессии. Учитывая вышесказанное, экономически целесообразно технику и технологию при проведении нарезной выработки вести механизированным щитом (комбайном) с высокой степенью механизации всех процессов, следовательно, с большей производительностью.

Механизированным комплексом слои отрабатывают в восходящем порядке с отбойкой руды в виде стружки на всю высоту слоя под прикрытием механизированной крепи. Данное техническое решение позволяет уменьшить разрушение кристаллов в кимберлите путем отказа от дробления посредством взрыва ВВ. Отработка слоя в восходящем порядке позволяет применять механизированную крепь с меньшей несущей способностью, используя относительно большую прочность кимберлита (от 300-600 кг/см²), что уменьшает ее металлоемкость и повышает надежность работы.

По мере продвижения механизированной крепи производят заполнение отработанного пространства закладкой после съема каждой стружки. Данное техническое решение позволяет поддерживать кровлю из кимберлита после ее обнажения, что предотвращает потери в виде отслаивающихся кусков в закладке. После передвижения механизированной крепи на величину стружки освободившийся объем заполняют сухой закладочной смесью, при этом может производиться уплотнение закладочной смеси вибрационными нагрузками.

В центральной части заложенного массива ведут возведение крепи ствола по меньшей мере с двумя отделениями для спуска руды и вспомогательных операций.

Данное техническое решение позволяет при минимальных затратах (затраты только на крепежный материал и монтажные работы) в весьма благоприятных условиях (есть возможность установки любого необходимого оборудования для спуска и подъема узлов крепи, кроме того, есть фактор нестесненности места монтажа узлов крепи) производить монтаж крепи ствола необходимого размера. Ввиду того что отработка большого блока (всего этажа) ведется через один ствол в центре кимберлитовой трубки, желательно, чтобы его сечение и конструкция обеспечивали высокопроизводительную работу с минимальными трудовыми затратами. Технически возможно отрабатывать блок, имея ствол с двумя отделениями - одно для спуска руды, второе для вентиляции, спуска-подъема материалов, оборудования, доступа людей к механизированному комплексу. Ввиду того что данный способ позволяет выкреплять ствол любого сечения и при этом имеют место почти одинаковые затраты, целесообразно ствол выкреплять в четыре отделения. Одно отделение для спуска руды и оборудуется питателем с дистанционным и автоматизированным выпуском руды. Второе отделение для спуска-подъема оборудования и материалов. Сечение его должно удовлетворять возможностям по спуску и подъему узлов механизированной крепи. Третье отделение оборудуется лифтом (подъемным сосудом) для спуска-подъема обслуживающего персонала (высота блока может быть до 100 м). Четвертое отделение для прокладки коммуникаций (кабелей, трубопроводов) и оборудовано лестничным ходком, как аварийный выход обслуживающего персонала.

Массив перед отбойкой очередной стружки разупрочняют. Данное техническое решение позволяет снизить поломку кристаллов и сократить расход энергии для отбойки руды. Способ предусматривает разупрочнение массива и использование химико-статистического процесса разрушения кимберлита, сущность которого в том, что в сопряжении или в нескольких стружках механическим путем создают полости, в которых размещают химически активные вещества, способные развивать статические усилия (небольшая скорость нарастания усилия), способные разрушать горные породы. Кроме того, способ позволяет производить разупрочненние массива камуфлетным взрыванием низкобрезитного взрывчатого вещества - сотрясательное взрывание. Как первый, так и второй способ разупрочнения массива существенно увеличивают производительность по отбойке руды и легко поддаются механизации, основанной на применении на механизированной крепи.

Дозакладку выработанного пространства производят нагнетанием твердеющей смеси между кровлей массива кимберлита и верхом сыпучего материала, заполняющего выработанное пространство. Данное техническое решение позволяет уменьшить отслаивание кимберлита и исключить его потери в закладочном материале. Кроме того, повышает опорную прочность для перемещения механизированной крепи.

Для выполнения предполагаемого технологического способа разработан механизированный комплекс, существенные отличия которого заключаются в следующем.

Головная часть механизированного комплекса снабжена проходческим щитом (комбайном) с инвентарной крепью для проходки и крепления слоевой вентиляционной выработки (штрека) от механизированной крепи по меньшей мере до первой вентиляционной сбойки. В предполагаемом способе целесообразно использовать механизированный щит, например, типа "Союз-19У", который при крепости до 600 кг/см² способен проходить выработки со скоростью 2,5 м/ч. Применение аналогичного щита позволит практически полностью исключить ручной труд при проходке выработки и механизировать не только разрушение горной массы, уборку и ее транспортировку, но и установку металлической инвентарной крепи, а большая длина в 10 км обеспечит полную амортизацию во время проходки одной выработки.

Хвостовая часть механизированного комплекса снабжена пневмозакладочным устройством, соединенным с дозатором восстающего для подачи закладочного материала. Данное техническое решение позволяет упростить операцию по подаче закладки в механизированную крепь, сосредоточив в одном месте в центре блока. Кроме того, уменьшаются затраты на перемонтаж оборудования, по закладке выработанного пространства, во время движения механизированной крепи вверх по винтовой линии.

Для подачи закладки в отработанное пространство каждая секция механизированной крепи снабжена закладочным трубопроводом и соплом, соединяемым по необходимости посредством быстроразъемного соединения с закладочным трубопроводом смежной секции. Данное техническое решение позволяет производить закладку выработанного пространства в любой секции, исключая неполноту заполнения после передвижения крепи. Для этого разъединяется быстроразъемное соединение секций закладочного трубопровода двух смежных секций и этим же быстроразъемным соединением подключается сопло для подачи закладки в отработанное пространство за этой секцией. Это обеспечивает при минимальных затратах времени подачу закладки в необходимое место за механизированной крепью.

Механизм для добычи (рабочий орган) выполнен стругом с зубьями активного действия. Данное техническое решение с применением процесса разупрочнения позволяет производить добычу без применения взрывных работ.

Для подачи закладки и ее распределения в узком пространстве секция механизированной крепи может быть снабжена дополнительным конвейером, подвижно закрепленным на заднем верхняке закладочного отделения. Данное техническое решение позволяет производить распределение и разравнивание закладки конвейером. Доставка сухой закладки ведется посредством пневмозакладочной установки до секций механизированной крепи. Место доставки определяется во время работы закладочного устройства визуально.

Ограждающая стенка секций механизированной крепи снабжена источником колебаний. Данное техническое решение позволяет производить послойное уплотнение закладочного массива с целью снижения величины ее усадки и уменьшить расслоения подработанного массива кимберлита.

Закладочное устройство снабжено дополнительным механизмом для приготовления твердеющей смеси и приспособлениями для нагнетания ее между кровлей подработанного кимберлита и верхней поверхностью закладки в отработанном пространстве.

Данное техническое решение позволяет уменьшить расслоение подработанного массива, образовать жесткую почву для перемещения механизированной крепи следующего слоя. При этом сокращается расход твердеющей закладки и упрощается технология ее получения.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в следующем.

На вентиляционном и транспортном горизонтах по контуру рудного тела проходят оконтуривающие штреки, которые через 20 - 80 м сбивают между собой вентиляционно-ходовыми сбойками. По центру трубки бурят восстающий, который используют для подачи сухой закладки. Отработку блока ведут механизированным комплексом слоями высотой 2-3 м по винтовой линии в восходящем порядке. Нарезные работы в блоке осуществляют проходческим щитом проходкой слоевой вентиляционной выработки по контуру рудного тела по винтовой линии в восходящем порядке. При проходке слоевой вентиляционной выработки вскрываются и вентиляционно-ходовые сбойки, через которые осуществляют вентиляцию рабочего пространства механизированного комплекса за счет общешахтной депрессии. Рабочая длина слоевой вентиляционной выработки должна обеспечивать постоянную связь механизированной крепи по меньшей мере с одной вентиляционно-ходовой сбойкой. После прохода механизированной крепи слоевая вентиляционная выработка погашается. Отбойка кимберлита осуществляется добычным устройством в виде струга с ударными зубьями, стружкой толщиной 0,1-0,5 м на всю высоту слоя под прикрытием механизированной крепи. Для уменьшения энергоемкости процесса отбойки кимберлита и снижения повреждения кристаллов могут вести разупрочнение кимберлита химико-статическими или химико-динамическими процессами. После выемки каждой стружки отработанное пространство слоя заполняют сухой закладкой. При послойном заполнении сухую закладку могут уплотнять вибрационными нагрузками. Дозакладку вибрационного пространства могут производить нагнетанием твердеющего раствора между кровлей и верхним слоем закладки. Для обслуживания механизированного комплекса и выдачи руды в закладочном материале выкрепляют многоотдельный ствол.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обладает элементами существенной новизны и полезности и может быть использовано при разработке кимберлитовых трубок.

На фиг. 1 показана принципиальная схема осуществления способа отработки, вертикальный разрез; на фиг. 2- то же, разрез I-I (фиг. 1) - план вентиляционного горизонта; на фиг. 3 - то же, разрез II-II (фиг. 1) - план откаточного горизонта; на фиг. 4 - то же, разрез III-III (фиг. 1) - разрез по слою при работе механизированного комплекса; на фиг. 5 - схема проведения слоевой вентиляционной выработки в плане; на фиг. 6 - камера пульта управления механизированным комплексом с оборудованием для закладки выработанного пространства; на фиг. 7 - механизированная крепь; на фиг. 8 - то же, разрез IV-IV (фиг. 7) - в исходном состоянии; на фиг. 9 - то же, разрез V-V (фиг. 7) - в исходном состоянии; на фиг. 10 - разрез VI-VI (фиг. 1) по блоку, подготовленному к очистным работам; на фиг. 11 - разрез VII-VII (фиг. 1) по отработанному и заложенному блоку; на фиг. 12 - схема размещения сопла в секции механизированной крепи.

Кимберлитовая трубка по вертикали разрезается на этажи высотой 50-100 м. При этом кимберлитовая трубка в этаже отрабатывается одним блоком, даже если ее диаметр будет более 500 м. Отработка блока ведется снизу вверх. На вентиляционном горизонте 1 (фиг. 1, 2) по контуру рудного тела 2 проходится вентиляционная выработка 3 и буровые камеры 4. На транспортном горизонте 5 по контуру рудного тела проходится буровая выработка 6 с буровыми камерами 7 (фиг. 3). Вентиляционная выработка 3 и буровая выработка 6 сбиваются между собой вентиляционно-ходовыми сбойками 8. Сбойки 8 бурятся станками (машинами) из камер 7 на транспортном горизонте или камер 4 на вентиляционном горизонте.

В настоящее время промышленностью освоены буровые машины, способные бурить выработки диаметром 1000 мм и глубиной до 100 м в породах с крепостью по шкале Протодьяконова, равной 10.

В начале бурится скважина 190 мм, которая в последующем расширяется до необходимой величины. Производительность машины при коэффициенте крепости до 5 по Протодьяконову составляет 2,7 м/ч, при коэффициенте крепости до 10 производительность 1,7 м/ч. Расстояние между буровыми сбойками определяется по экономическим соображениям и может составлять 20 - 80 м и более. На вентиляционном горизонте 1 (фиг. 2) через центральную часть кимберлитовой трубки проходится выработка 9 для подачи сухой закладки в блок. Из выработки 9 в центральной части бурится скважина 10 (восстающая) для подачи закладочной смеси в камеру 11 управления механизированным комплексом 12 (фиг. 1, 4). В механизированный комплекс входит головная часть, состоящая из проходческого щита 13 (фиг. 4, 5) с инвентарной крепью 14, которой крепится слоевой вентиляционный штрек 15. А хвостовая часть комплекса снабжена пневмозакладочным устройством 16, соединенным с дозатором 17 восстающего для подачи закладочного материала (фиг. 4,6).

В механизированный комплекс 12 как основная часть входит механизированная крепь 18, выполненная в виде секций (фиг. 9) с элементами управления перемещения в отработанном пространстве. В свою очередь механизированная крепь 18 (фиг. 7, 8, 9) включает поддерживающие 19, ограждающие 20 элементы крепи для поддержания и ограждения очистного пространства. Устройство 21 для добычи полезного ископаемого выполнено, например, стругом с зубьями активного действия. Для транспортировки отбитой руды механизированная крепь снабжена скрепковым конвейером 22 с цилиндрами для перемещения и фиксации относительно очистного забоя. Имеется закладочный трубопровод 23 для подачи сухой закладки и дополнительный конвейер 24 для подачи и распределения сухой закладки в отработанном пространстве. Причем дополнительный конвейер 24 выполнен с нижней рабочей ветвью.

Механизированный комплекс 12 монтируется над транспортным горизонтом 5 (фиг. 1) с оставлением надштрекового целика 25 в монтажной камере. Проходку монтажной камеры и монтаж механизированного комплекса ведут известными приемами, поэтому они не показаны. На фиг. 1, 4 представлена принципиальная схема размещения механизированного комплекса при отработке блока. На фиг. 10 показано сечение III-III по блоку, подготовленному к очистной выемке, где видно расположение вентиляционно-ходовых сбоек 8 по контуру рудного тела 2, а в центральной части - восстающего 10 для подачи закладки в пневматическое закладочное устройство. На фиг. 11 показано сечение V-V отработанного и заполненного закладкой 26 выработанного пространства. В закладке 26 при отработке выкрепляется многоотдельный ствол 27 для спуска руды и обслуживания механизированного комплекса.

На транспортном горизонте 5 (фиг. 1, 3) по центру кимберлитовой трубки проходится транспортный штрек 28 с пунктами для обслуживания ствола 27.

Отработка блока ведется слоями высотой 2-3 м в восходящем порядке по винтовой линии. Для чего посредством механизированного комплекса 12, его головной части с проходческим щитом 13 (фиг. 1, 4, 5) проходится слоевой вентиляционный штрек 15, закрепленный инвентарной крепью 14. Слоевой вентиляционный штрек 15 проходится по контуру кимберлитовой трубки по винтовой линии в восходящем порядке. Например, при диаметре кимберлитовой трубки около 100 м высота этажа 90 м, а общая длина вентиляционного штрека будет равна примерно 10 км. За один виток длиной более 300 м слоевой вентиляционный штрек поднимается на высоту 2,5-3 м, т.е. с небольшим углом наклона, обеспечивающим удаление воды самотеком. Крепость кимберлита - 300-600 кг/см². Для этих условий экономически целесообразно использование высокомеханизированного проходческого щита диаметром 2-3 м. Промышленностью освоены проходческие щиты для указанных условий. Производительность щита при проходке по породам с коэффициентом крепости 10 по Протодьяконову составляет 1,7 м/ч.

При проходке слоевой вентиляционной выработки (штрека) 15 вскрываются вентиляционные ходовые сбойки 8, которые осуществляют вентиляцию рабочего пространства механизированного комплекса за счет общешахтной депрессии. Рабочая длина слоевой вентиляционной выработки должна обеспечивать постоянную связь механизированной крепи 12 по меньшей мере с одной вентиляционно-ходовой сбойкой и составляет 20 - 80 м. Чем меньше длина, тем меньше требуется инвентарной металлической крепи, меньше расходы на транспортировку горной массы от проходческого забоя, щита до транспортного средства механизированной крепи. В то же время растут расходы на проходку и поддержание дополнительных вентиляционно-ходовых сбоек 8. Из этих соображений подбирается оптимальное расстояние между вентиляционно-ходовыми сбойками. После прохода механизированной крепи 12 (фиг. 5) слоевая вентиляционная выработка 15 погашается, разбирается инвентарная крепь, которая используется для повторного крепления, а отработанное пространство заполняется закладкой. Для предлагаемого способа целесообразно использовать секционированную поддерживающе-ограждающую крепь. Отработка ведется в восходящем порядке под постоянно обновляемой кровлей из достаточно прочного кимберлита, при рациональной (минимально возможных рабочих проходах по обслуживанию) ширине поддерживаемой зоны можно обходиться крепью с минимальным сопротивлением. Кроме того, так как отработка ведется слоями вполне определенной высоты, то можно будет использовать специальные крепи с минимальной раздвижкой (уменьшить ход штоков и длину цилиндра), что также позволит снизить материалоемкость и трудоемкость изготовления секций механизированной крепи. В то же время при отработке кимберлитовой трубки, например, диаметром около 100 м требуемая общая длина механизированной крепи составит 45 м или 30 стандартных секций с шагом установки 1,5 м. Объем блока высотой 90 м послойно отрабатываемой по винтовой линии механизированным комплексом, будет 675 000 м³ или в среднем на одну секцию приходится 22 500 м³, что позволяет эксплуатировать добротные, высококачественные, дорогостоящие секции механизированной крепи.

Отбойка кимберлита ведется струговой установкой 21 с активными зубьями (фиг. 7, 8). Для уменьшения энергоемкости процесса отбойки кимберлита и снижения повреждаемости кристаллов могут производить разупрочнение кимберлита химико-статическими и химико-динамическими процессами. Для чего в слое кимберлита бурят шпуры глубиной на величину одной или нескольких стружек по сетке, определенной опытным путем. В шпуры размещается невзрывной разрушающий состав для химико-статического разрушения или низкобризитное ВВ для сотрясательного взрывания.

Отработанное пространство после прохода механизированной крепи заполняют сухой закладкой. В секции механизированной крепи трубопровод разделен на отдельные отрезки, соединенные с отрезками смежных секций быстроразъемными соединениями. Кроме того,каждая секция механизированной крепи снабжена соплом 29 (фиг. 12) для подачи закладки в отработанное пространство. Сопло 29 присоединяется к трубопроводу в соседней смежной секции при отключении от магистрали тем же быстроразъемным соединением. Для подачи закладки и ее распределения в узком пространстве механизированная крепь может быть снабжена дополнительным конвейером 24 (фиг. 8), подвижно закрепленным на заднем верхняке закладного отделения. Кроме того, для послойного уплотнения сухой закладки в выработанном пространстве ограждающая стена 20 (фиг. 8) может быть снабжена источником колебаний 30.

Для уменьшения расслоения подрабатываемого массива и образования жесткой почвы для перемещения механизированной крепи следующего слоя в щелевую полость между кровлей кимберлита и верхней поверхностью закладки в выработанное пространство могут нагнетать твердеющую смесь. Величина щелевой полости не более 10 см и для ее заполнения при очередной стружке потребуется 2-3 м³ бетонной смеси. Такое количество бетонной смеси целесообразно готовить на месте. Для чего дозатор 17 может быть снабжен устройством 31 (фиг.6) для отсева мелкой фракции. В камере 11 установлен бетоносмеситель 32 с бетононасосом 33 для подачи стандартной бетонной смеси посредством подающего шланга непосредственно на место укладки в щелевую полость.

Для обслуживания механизированного комплекса и выдачи руды в закладочном материале 26 выкрепляется многоотделенный ствол 27 (фиг. 1, 11). Ввиду того что отработка большого блока (всего этажа) ведется через один ствол, расположенный в центре кимберлитовой трубки, желательно, чтобы его сечение и конструкция обеспечивали высокопроизводительную работу с минимальными трудовыми затратами. Способ позволяет выкреплять ствол любого сечения с любым количеством отделений, при этом затраты будут почти одинаковые, целесообразно выкреплять ствол в четыре отделения. Одно отделение для спуска руды и оборудуется питателем с дистанционным и автоматизированным пунктом погрузки руды. Второе отделение для спуска-подъема оборудования и материалов. Сечение его должно удовлетворять возможности по спуску и подъему узлов механизированной крепи. Третье отделение оборудуется лифтом для спуска и подъема обслуживающего персонала (высота блока может быть до 100 м). Четвертое отделение для прокладки коммуникаций (кабелей, трубопроводов) и оборудовано лестничным ходком, как аварийный выход обслуживающего персонала.

Пример выполнения способа и работа механизированного комплекса для отработки кимберлитовой трубки в восходящем порядке Вскрытие транспортного и вентиляционного горизонтов, а также проходка оконтуривающих выработок 3 и 6 (фиг. 1, 2, 3) проходится известными примами. Из буровых камер 7 или 4 буровыми станками бурятся опережающие скважины диаметром 150-300 мм, которые в последующем расширяются до 600-1200 мм. Расширенные скважины крепятся и оборудуются скобами, образуя вентиляционно-ходовые сбойки 8. По центру кимберлитовой трубки также бурятся скважины, и с последующим расширением проходят восстающий 10, который используют для подачи сухой закладки. Над транспортным штреком 28, оставляя целик 25, проходят монтажную камеру и производят монтаж механизированного комплекса 12 известными приемами, хорошо освоенными в угольной промышленности. Отработку блока ведут механизированным комплексом 12 слоями высотой 2-3 м по винтовой линии в восходящем порядке. В начале проходческим щитом(комбайном)13 в слое по границе кимберлитовой трубки (фиг. 4, 5) проходят слоевой вентиляционный штрек 15 с инвентарным металлическим креплением 14. При проходке слоевого вентиляционного штрека 15 вскрываются вентиляционно-ходовые сбойки 8. При этом поднимается часть вентиляционно-ходовой сбойки 8 на высоту слоя 2-3 м. Через оставшуюся часть вентиляционно-ходовой сбойки 8 производится проветривание рабочего пространства механизированной крепи 12, а также забоя проходческого щита 13 за счет общешахтной депрессии.

Опережающая длина слоевой вентиляционной выработки 15 должна обеспечивать по меньшей мере вскрытие одной вентиляционно-ходовой сбойки 8. Вентиляционно-ходовая сбойка 8 одновременно является запасным выходом с рабочего пространства механизированной крепи 12. По мере отработки слоя и продвижения механизированной крепи 12 вентиляционно-ходовая выработка 15 погашается, демонтируется инвентарная металлическая крепь 14, которая после (если это необходимо) профилактического ремонта повторно устанавливается проходческим щитом 13. При отработке блока инвентарная крепь 14 будет многократно использоваться, поэтому она должна обладать элементами быстрой сборки и разборки в виде клиновых соединений, которые легко разбираются на узлы, легко транспортируемые по слоевой вентиляционной выработке 15.

Отработка блока ведется слоями по винтовой линии механизированной крепью. Отбойку кимберлита в слое ведут струговой установкой 21 с активными зубьями. Отбойка стружки кимберлита ведется под защитой секций механизированной крепи. Для уменьшения энергоемкости процесса отбойки кимберлита и снижения повреждаемости кристаллов могут производить разупрочнение кимберлита химико-статическими или химико- динамическими процессами. Для чего в слое кимберлита бурят шпуры глубиной на величину одной или нескольких стружек по сетке, определенной опытным путем. В шпуры закладывают невзрывной разрушающий состав, который в течение 4-8 ч способен в результате химической реакции расширяться на 10-20%, создавая статически разрушающие усилия и разрывая кимберлит. Если в шпуре заданы зародышевые трещины, то разрыв происходит в заданном направлении. В шпуры могут закладывать низкобризантные взрывчатые вещества для сотрясательного взрывания.

Отбитый кимберлит транспортируется конвейером, установленным на секциях механизированной крепи. После отбойки слоя производят перемещение секций крепи, а освободившийся объем заполняют сухой закладкой, поступающей в очистной забой через восстающий 10. Из восстающего 10 через дозатор 17 сухая закладка поступает в пневмозакладочную машину 16. Из пневмозакладочной машины 16 порционно, под давлением сухая закладка по закладочному трубопроводу подается в секции механизированной крепи. В секциях механизированной крепи через сопло 29 (в работе всегда находится только одно подключенное сопло) сухая закладка направляется в отработанное пространство. По мере заполнения отработанного пространства в пределах действия сопла 29 производят переключение на другие секции. Кроме того, для уменьшения количества переключений сухая закладка может разравниваться в узком пространстве посредством дополнительного конвейера 21, подвижно закрепленного на заднем верхняке закладочного отделения. Для уплотнения сухой закладки в выработанном пространстве могут включать источник колебаний 31, закрепленный на ограждающей стенке 20.

Для уменьшения расслоения подработанного массива и образования жесткой почвы для перемещения механизированной крепи в следующем слое в щелевую полость между кровлей кимберлита и верхней поверхностью закладки в выработанное пространство могут нагнетать твердеющую смесь. Для чего дозатором 17 и приставкой 31 отсевается мелкая фракция сухой закладки. В камере 11 бетоносмесителем 32 производится приготовление стандартной бетонной смеси. Бетононасосом 33 посредством подающего шланга бетонная смесь направляется в щелевую полость в места, определенные технологической инструкцией заполнения отработанного пространства, образуя надежное подкрепление подработанной поверхности кимберлита.

Для обслуживания механизированного комплекса и выдачи руды в закладочном материале 26 выкрепляется многоотдельный ствол 27. Через этот ствол производится выдача добытого механизированным комплексом кимберлита, подача свежего воздуха в рабочее пространство комплекса, спуск и подъем оборудования и расходуемых материалов, перемещение обслуживающего персонала, подача энергии, связь, водоснабжение и все необходимое для комфортных условий работы.

Таким образом предполагаемый способ и механизированный комплекс для отработки кимберлитовых трубок в восходящем порядке с сухой закладкой позволяют: добывать кимберлит без применения взрывчатых веществ при отбойке, что значительно повышает сохранность кристаллов; механизировать все процессы по вскрытию, подготовке и добыче кимберлита энергонасыщенными механизмами - это обеспечит высокопроизводительный труд горняков, что весьма важно в районах Крайнего Севера с дорогостоящей рабочей силой; упростить технологический процесс, что сократит расходы на контроль и поддержание в рабочем состоянии выработок; обеспечить отработку кимберлитовых трубок под водоносным горизонтом сухой закладкой, что значительно сократит расходы по сравнению с технологией с твердеющей закладкой; создать безопасные комфортные условия труда горняков по добыче кимберлита.

Формула изобретения

1. Способ для отработки кимберлитовых трубок, включающий проходку восстающей выработки по центру кимберлитовой трубки, выемку слоями по спирали с применением механизированной крепи, радиально смонтированной от центрального восставшего до контура кимберлитовой трубки, отличающийся тем, что на транспортном и вентиляционном горизонтах по контуру рудного тела проходят выработки, которые через интервалы соединяют между собой вертикальными вентиляционно-ходовыми сбойками, и на вентиляционном горизонте диагонально через центр кимберлитовой трубки проходят штрек для подачи закладки, и восстающий, пройденный по центру кимберлитовой трубки, которые используют для подачи закладки к механизированному комплексу, а механизированный комплекс монтируют на транспортном горизонте с оставлением надштрекового целика, и проходческим щитом (комбайном) механизированного комплекса по контуру кимберлитовой трубки по винтовой линии в восходящем порядке проходят слоевой вентиляционный штрек, протяженность его при работе механизированной крепи должна обеспечивать соединение по меньшей мере с одной вентиляционной сбойкой, механизированным комплексом слои отрабатывают в восходящем порядке с отбойкой руды в виде стружки на всю высоту слоя под прикрытием механизированной крепи, по мере продвигания механизированной крепи после съема каждой стружки ведут закладку отработанного пространства, а в центральной части заложенного массива ведут возведение крепи ствола по меньшей мере с двумя отделениями - одно для спуска, а второе - для вспомогательных операций.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что массив перед отбойкой очередной стружки разупрочняют.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что дозакладку выработанного пространства производят нагнетанием твердеющей смеси (бетона) между кровлей массива кимберлита и верхом сухой закладки, заполняющей выработанное пространство.

4. Механизированный комплекс, включающий механизированную крепь, конвейер для подачи полезного ископаемого, механизм для добычи, отличающийся тем, что головная часть механизированного комплекса снабжена проходческим щитом (комбайном) с инвентарной крепью для проходки и крепления слоевого вентиляционного штрека от механизированной крепи по меньшей мере до первой вентиляционной сбойки, а хвостовая часть механизированного комплекса снабжена пневмозакладочной машиной, соединенной через дозатор с восстающим для подачи закладочного материала, а каждая секция механизированной крепи снабжена закладочным трубопроводом и соплом для подачи закладки в отработанное пространство, подключаемое быстроразъемным соединением к закладочному трубопроводу смежной секции, а механизм для добычи выполнен стругом с зубьями активного действия.

5. Комплекс по п.4, отличающийся тем, что для подачи и распределения закладки механизированная крепь снабжена дополнительным конвейером, закрепленным на заднем верхняке закладочного отделения.

6. Комплекс по п.4, отличающийся тем, что ограждающие стенки снабжены источником колебаний.

7. Комплекс по п.4, отличающийся тем, что закладочное устройство снабжено дополнительным механизмом для приготовления твердеющей смеси и приспособлениями для нагнетания ее в полость между кровлей подработанного кимберлита и верхней поверхностью сухой закладки в отработанном пространстве.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10