Способ отработки кимберлитовых трубок в зоне многолетней мерзлоты

 

Изобретение относится к горнорудной промышленности и может быть использовано при разработке алмазных месторождений комбинированным способом. Сущность изобретения: одновременно с формированием уступов по вскрышным работам и добыче кимберлита проходят стволы, квершлаги и капитальные выработки в первом этаже до границы зоны многолетней мерзлоты. Этаж делят на подэтажи, начиная от проектной границы открытых работ. В подэтаже рудное тело делят на ленты, в них проходят вентиляционные и доставочные выработки увеличенного сечения. Выработки между собой соединяют вертикальными буровыми сбойками, которые взрыванием скважинных зарядов расширяют, образуя компенсационные полости, общий объем руды при этом не должен превышать 12-20%. Изобретение позволяет обеспечить стабильность работы рудника при простоях открытых работ по климатическим условиям и может по графику обеспечивать работу обогатительной фабрики без открытых работ. По мере накопления компенсационных полостей они погашаются взрыванием скважинных зарядов целиков между полостями, при этом полученную переуплотненную руду магазинируют. После окончания открытых работ замагазинированную руду из всех подэтажей блока выпускают через днище, размещенное на границе зоны многолетней мерзлоты. Ведется одновременный дозированный вибровыпуск руды в секционированнные дозировочные устройства с донной разгрузкой при возвратно-поступательном перемещении. В очистном пространстве кимберлитовой трубки образуется единый поток с горизонтально перемещающейся поверхностью. Освободившееся очистное пространство заполняется льдом и отходами горного производства. 12 ил.

Изобретение относится к горнорудной промышленности и может быть использовано при разработке комбинированным открыто-подземным способом алмазных месторождений в суровых условиях Якутии.

В настоящее время верхнюю часть кимберлитовых трубок в зоне многолетней мерзлоты (300-500 м) до водоносного горизонта отрабатывают глубокими карьерами. Глубина карьеров достигает 600 м. При таких глубинах возникла проблема проветривания карьеров от загазованности, вызванной взрывными работами, а так же работы автотранспорта.

Нижняя часть карьера в зимнее время находится в тени из-за низкоподнимающегося солнца над горизонтом. Температура воздуха достигает 50-60^oC. В застойном морозном воздухе на дне карьера накапливается газ от взрывных работ, работающих автомашин, что создает небезопасные условия труда. Из-за плохого проветривания глубокие карьеры по добыче кимберлитов не работают по 150-170 дней в году, что значительно удорожает стоимость добычи и переработки кимберлитов.

Профилактическое обслуживание машин и механизмов на морозном воздухе сказывается на качестве выполнения этих работ, что снижает долговечность и работоспособность машин и механизмов.

Низкие температуры в карьере, загазованность воздуха подрывают здоровье горнорабочих, снижают производительность труда.

Автомобильный транспорт горной массы по винтовым съездам глубокого карьера малопроизводителен, ведет к большим эксплуатационным расходам (повышенный расход горючесмазочных материалов, автомобильных шин, запасных частей), а также большим капитальным затратам (малый срок эксплуатации автосамосвалов).

Все вышеуказанное в совокупности повышает стоимость добычи кимберлита.

Современная технология и горные машины для подземной добычи позволяют значительно снизить затраты при разработке кимберлитовых трубок в верхней ее части в зоне многолетней мерзлоты, в суровых условиях Якутии.

Созданные горные комплексы самоходного оборудования обеспечивают проходку выработок сечением 10-20 м² с производительностью до 40 м³ горной массы на одного рабочего. Технология ведения очистных работ и применяемые машины для отбойки и погрузки не уступают по производительности труда в тоннах добытого кимберлита на человека в смену.

Кроме того, основным преимуществом подземной отработки верхней части кимберлитовой трубки в суровых условиях Якутии является обеспечение комфортных условий труда горнорабочих при температурах -2 и -10^oC, без пронизивающих ветров, загазованной атмосферы, что скажется на здоровье рабочих в условиях большой стоимости труда.

Исходя из изложенного выше, для отработки кимберлитовых трубок в зоне многолетней мерзлоты целесообразно пересмотреть границу применения открытых горных работ. Граница эта должна определяться не из технических возможностей горной техники для открытых работ, а из фактически достигнутых экономических показателей на открытых работах в суровых условиях Якутии и, основное, необходимо учитывать условия труда работающих.

Целесообразно отработку кимберлитовой трубки в зоне многолетнемерзлой мерзлоты вести комбинированным открыто-подземным способом.

Известен способ комбинированной разработки сближенных крутопадающих пластов (см. например а.с. N 1060794 E 21 C 41/06), включающий одновременную выемку пластов открытыми и подземными работами, карьерную разработку одного пласта уступами, подземную разработку другого пласта этажным обрушением с образованием камер и междукамерных целиков, обрушение целиков и налегающей толщи пород, образование зон обрушения и воронок провала на выемочном участке и размещение вскрышных пород карьера в зоне провала. Верхний этаж разрабатывают по простиранию с шагом обрушения, равным ширине камеры и междукамерного целика, а камеры располагают длинной стороной по простиранию. Воронку провала образуют в центральной части выемочного участка, расширяют воронку при обрушении целиков в направлении к внешним границам выемочного участка и углубляют при разработке нижележащих этажей, камеры которых располагают длинной стороной вкрест простирания, а зону обрушения формируют по линии сопряжения рабочего и предельного контуров карьера. При этом берму безопасности формируют постоянной величины путем добычи полезного ископаемого открытым и подземным способом в определенных объемах.

Недостатком существующего способа является сложность ведения совместных открытых и подземных работ по условиям безопасности, а также большие потери и разубоживание руды при подземных работах.

Наиболее близким по технической сущности решением является способ комбинированной разработки месторождений полезных ископаемых по а.с. N 690181 E 21 C 41/00. Способ включает ведение открытых работ в карьере с формированием уступов совместно с подземными работами, создание компенсирующих пространств, образование временных целиков, проведение массовых взрывов, обрушение налегающих пород, формирование зоны обрушения, погашение целиков, выпуск и отгрузку руды. Ведение открытых горных работ совместно с подземными работами осуществляют в зоне обрушения подземных работ, при этом уступы подпирают разрыхленной при массовом взрыве породой, а выпуск руды из подземных выработок ведут со скоростью, соответствующей скорости засыпки воронок.

Недостатком существующего способа разработки является сложность совмещения открытых и подземных работ, а также большие потери, разубоживание руды при подземных работах.

Задачей настоящего технического решения является создание безопасных условий труда как на открытых, так и на подземных работах, снижение потерь и разубоживания руды и снижение затрат на добычу кимберлита в зоне многолетней мерзлоты.

Поставленная задача решается следующим образом.

Одновременно с формированием уступов по добыче кимбрелита и вскрышным работам проходят стволы шахт, квершлаги и капитальные выработки для транспортировки руды на границе зоны распространения многолетней мерзлоты с образованием первого этажа подземной разработки. Этаж разделяют на подэтажи, начиная от проектной границы открытых работ. В подэтаже рудное тело делят на ленты и в них проходят вентиляционные и доставочные выработки, соединяя между собой буровыми сбойками, которые взрыванием скваженных зарядов расширяют, образуя компенсационные полости, причем объем руды из ленты, вынутой при проходе вентиляционных, доставочных выработок и компенсационных полостей, не должен превышать 12-20% объема ленты. Оставшуюся руду в ленте взрывают посредством скваженных зарядов и полученную переуплотненную руду всех лент в подэтаже магазинируют. Затем аналогичным образом производят проходку выработок, образование компенсационных полостей, отбойку и магазинирование переуплотненной руды в ниже следующих подэтажах. На последнем подэтаже выработки выпуска оборудуют вибровозбудителями с устройствами для дозированного приема руды. По завершению добычи руды открытым способом производят многократный дозированный вибровыпуск руды с одновременным включением в работу всех вибровозбудителей на время заполнения дозирующих устройств. Последующую выгрузку руды из дозирующих устройств и транспортировку ее ведут при включенных вибровозбудителях. Освободившееся очистное пространство заполняют льдом и промышленными отходами горного производства.

Существенным отличием предлагаемого технического решения являются следующие.

- Одновременно с формированием уступов по добыче кимберлита и вскрышным работам проходят стволы шахт, квершлаги и капитальные выработки для транспортировки руды на границе зоны распространения многолетней мерзлоты с образованием первого этажа подземной разработки.

Данное техническое решение позволяет при минимальных затратах начать добычу кимберлита из верхних слоев кимберлитовой трубки. Одновременно начать работы по проходке основной и вентиляционных шахт до первого этажа, расположенного на границе зоны распространения многолетней мерзлоты. Под толщей многолетней мерзлоты расположен водоносный горизонт, и в период первоначального освоения месторождения нежелательно усложнять проходку шахтных стволов через толщу водоносного горизонта. На первом этаже проходят квершлаги к кимберлитовой трубке и капитальные выработки для транспортировки руды по рудному телу. Проходка капитальных горных выработок занимает много времени и ведется последовательно (ствол, квершлаг, выработки по рудному телу), поэтому подготовку к подземной добыче необходимо начинать одновременно с ведением открытых работ. Кимберлитовые трубки в большинстве своем выходят на поверхность (или покрыты небольшой толщей наносов). Целесообразно при ведении открытых горных работ в начальный период времени вести добычу кимберлита при минимально возможном объеме вкрышных работ и максимально уделить внимание подготовке к подземным горным работам. После того как подземные горные работы подойдут к кимберлитовой трубке, необходимо уменьшить объем добычи кимберлита на открытых работах и увеличить объем вкрышных работ. Подземные горные работы по предлагаемой технологии способны выдавать существенное количество кимберлита при проходке выработок, что позволяет восполнить уменьшение добычи на открытых работах.

- Этаж разделяют на подэтажи, начиная от проектной границы открытых работ.

Данное техническое решение позволяет более эффективно отрабатывать кимберлитовую трубку подземным способом. Глубина открытых горных работ определяется для конкретных условий, полученного опыта работы горных машин в суровых климатических условиях и, основное, с учетом физиологических возможностей человека и создания безопасных для здоровья условий труда. При большой, например до 500 м, зоне многолетней мерзлоты и малой глубине карьера, например 150-250 м, высота этажа для подземной разработки около 300 м. Целесообразно большую высоту этажа разделить на ряд подэтажей. Высота подэтажа определяется возможностями буровой техники. При современном развитии техники буровые станки с выносным ударным узлом способны эффективно бурить скважины диаметром 50-80 мм и длиной до 25 м, станки с погружным ударным узлом бурят скважины диаметром 80-150 мм и длиной 60 м. Для предполагаемой технологии целесообразно использовать станки с погружным ударным узлом и иметь высоту подэтажа 50-60 м. Расположение первого подэтажа от проектной границы открытых работ позволяет уменьшить срок ввода подземной отработки кимберлитовой трубки. Возможен вариант: при проходке основного и вентиляционных стволов на уровне первого подэтажа произвести рассечку и организовать упрощенные рудничные дворы для подготовки первого подэтажа. Это дает возможность уменьшить время для получения кимберлита с подземных горизонтов, что увеличит надежность работы предприятия в суровых условиях Якутии.

- В подэтаже рудное тело делят на ленты, и в них проходят вентиляционные и доставочные выработки, соединяя между собой буровыми сбойками, которые взрыванием скважинных зарядов расширяют, образуя компенсационные полости, причем объем руды из ленты, вынутой при проходке вентиляционных, доставочных выработок и компенсационных полостей, не должен превышать 12-20% объема ленты.

Данное техническое решение, которое предусматривает деление рудного тела в подэтаже на ленты, позволяет уменьшить время поддержания выработок в рабочем состоянии для осуществления отбойки руды. Каждая лента содержит необходимое количество выработок для безопасного и независимого ведения горных работ по отбойке руды, после чего она погашается. Малый срок службы выработок, пройденных в многолетнемерзлых породах, позволяет снизить затраты на их поддержание. Наличие вентиляционной выработки (из этой выработки может также производиться бурение скважин для отбойки руды) в верхней части ленты и доставочной выработки (которая также может использоваться для бурения скважин) в нижней части ленты обеспечивает простую и надежную технологию образования компенсационных полостей в ленте необходимого размера, а затем и отбойку руды с необходимой заданной степенью переуплотнения. Сечение вентиляционной и доставочной выработок выбирается из условий применения высокопроизводительной самоходной техники для бурения скважин, доставки руды. В то же время объемы, вынимаемые при проходке этих выработок, учитываются как компенсационные пространства для размещения отбитой руды в ленте. Для равномерного дробления кимберлита с минимальным разрыхлением техническим решением предусматривается образование вертикальных компенсационных полостей ограниченных размеров, равномерно распределенных в массиве ленты.

Для уменьшения трудоемкости образования вертикальных компенсационных полостей техническим решением предусматривается через определенные интервалы буросбоечной машиной соединять вентиляционную и доставочную выработку буровыми сбойками (скважинами увеличенного диаметра) диаметром 300-600 мм. Диаметр буровой сбойки выбирается по взрываемости кимберлита, чтобы во время ее расширения посредством первой одиночной параллельной скважины не происходила запрессовка отбитой руды. Вертикальные буровые сбойки последовательным взрыванием зарядов ВВ в параллельных скважинах расширяются, образуя вертикальные компенсационные полости. Общий объем руды из ленты, вынимаемый при проходке вентиляционной, доставочной выработок и компенсационных полостей, не должен превышать 12-20% объема панели, для того чтобы после отбойки руда была переуплотнена и имела малую компрессионную усадку. Это необходимо для обеспечения работы в карьере при отбитой руде в первом подэтаже подземной разработки кимберлита. Нижний предел 12% выбирается из условия, при котором идет разрушение горной массы взрывом зарядов в скважине. При размере компенсационного пространства 8-10% наблюдается камуфлетный прострел зарядов ВВ. При компенсационных пространствах более 25-30% возможна усадка отбитой руды, что может привести к небольшим смещениям поверхности. Технология выемки компенсационных полостей обеспечивает высокую производительность горнорабочих и позволяет существенно поддерживать работоспособность рудника во время простоев карьера по климатическим условиям.

- Оставшуюся руду в ленте взрывают посредством скважинных зарядов и полученную переуплотненную руду всех лент в подэтаже магазинируют.

Данное техническое решение обеспечивает ограниченный срок службы выработок в ленте, что сокращает затраты на их поддержание. А полученная переуплотненная руда при отбойке всех лент в подэтаже позволяет вести безопасную работу на открытых горных работах.

- Аналогичным образом производят проходку выработок, образование компенсационных полостей, отбойку и магазинирование переуплотненной руды в ниже следующих подэтажах.

Данное техническое решение обеспечивает надежную отработку этажа повышенной высоты 200-300 м, обеспечивая стабильный фронт работ, устойчивую производительность по выдаче кимберлита во время совместной отработки кимберлитовой трубки открытым и подземным способом.

- На последнем подэтаже выработки выпуска оборудуют вибровозбудителями с устройствами для дозированного приема руды и по завершении добычи руды открытым способом производят многократный дозированный вибровыпуск руды с одновременным включением в работу всех вибровозбудителей на время заполнения дозирующих устройств, а последующую выгрузку руды из дозирующих устройств и транспортировку ее ведут при включенных вибровозбудителях.

Данное техническое решение позволяет производить выпуск замагазинированной переуплотненный руды из блока с образованием в очистном пространстве кимберлитовой трубки единого потока. Одновременный выпуск руды через большое количество выпускных отверстий обеспечит разрыхление переуплотненной руды и движение ее через выпускные отверстия без зависаний. Вибровозбудители и дозирующие устройства имеют практически неограниченную производительность. Производительность подземного рудника в этот период ограничивается только возможностью шахтных подъемных установок.

- Освободившееся очистное пространство заполняют льдом и промышленными отходами горного производства.

Данное техническое решение позволяет поддерживать отработанное очистное пространство и в последующем исключать сдвижение горных пород, что может изменить напряженное состояние горного массива вокруг кимберлитовой трубки и создать дополнительные сложности по поддержанию горных выработок.

Сущность предполагаемого технического решения.

Для условий разработки кимберлитовых трубок в Якутии целесообразно границу открытых горных работ определять не по техническим возможностям, применяемым для открытых работ горной техники, а исходя из реальных, получаемых показателей ее использования с учетом больших вынужденных простоев по климатическим условиям, невозможности качественного обслуживания ее на жгучем морозе, что приводит к преждевременному износу горных машин и механизмов и их многочисленным простоям.

Труд горнорабочих, обслуживающих технику на открытых горных работах при морозах -40^{o o}C -60^oC (в условиях кимберлитовых месторождений Якутии), не безопасен для здоровья, и это необходимо учитывать при сравнительной оценке открытых и подземных работ.

Разработку кимберлитовой трубки в зоне многолетней мерзлоты ведут одновременно открытым и подземным способом. В начальный период добычу кимберлита ведут открытым способом, при минимально возможном объеме вскрышных работ, а в это время формируют проходку стволов, квершлагов и транспортных выработок для подземного вскрытия кимберлитовой трубки. После того как подземные горные работы вошли в кимберлитовую трубку и началась проходка нарезных выработок и образование компенсирующих полостей, на открытых горных работах можно снизить объем добываемого кимберлита и увеличить объем вскрышных работ. Подземные горные работы во время проходки нарезных выработок и образования компенсационных полостей способны по производительности труда конкурировать с открытыми работами и выдавать недостающее количество кимберлита во время вынужденных простоев карьера по климатическим условиям. По мере накопления компенсационных полостей они погашаются взрыванием скважинных зарядов, а получаемая при этом переуплотненная руда (руда при малом коэффициенте разрыхления) временно магазинируется.

Количество кимберлита, добываемого открытым и подземным способом, регулируется общим планом отработки кимберлитовой трубки. Во время простоев карьера по климатическим условиям весь кимберлит добывается подземными горными работами при проходке нарезных выработок и из компенсационных полостей.

По завершении открытой разработки весь объем по добыче кимберлита осуществляется подземными горными работами из компенсационных полостей на подэтажах. После того как будут погашены последние компенсационные полости на последнем подэтаже, производят выпуск замагазинированной переуплотненной руды из всего этажа. Для этого в днище смонтированы вибровозбудители с устройствами для дозирования и доставки руды. Выпуск замагазинированной руды ведут одновременным включением в работу всех вибровозбудителей на время заполнения дозирующих устройств. Опоражнивание дозирующих устройств и транспортировку руды ведут при выключенных вибровозбудителях. При одновременном включении всех вибровозбудителей в очистном пространстве кимберлитовой трубки образуется единый поток, что обеспечивает плавное опускание замагазинированной руды. Освобождающееся очистное пространство заполняют льдом и промышленными отходами горного производства. Во время выпуска замагазинированной руды производительность шахты регламентируется только возможностями подъемных установок, все операции по предлагаемой технологии механизированы, безопасны, каждое рабочее место обеспечивается свежей струей воздуха от общешахтной депрессии при минимальных затратах. В шахте поддерживается температура -2^{o o}C -10^oC при скоростях движения воздуха менее 2 м/сек. Все это в совокупности обеспечивает комфортные условия труда подземных горных рабочих.

Пример выполнения способа разработки кимберлитовой трубки в зоне многолетней мерзлоты показан на фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 и 12.

На фиг. 1 показана принципиальная схема осуществления способа разработки кимберлитовой трубки в зоне многолетней мерзлоты (вертикальный разрез).

Фиг. 2 - то же, сечение I-I (фиг. 1), план вентиляционного горизонта подэтажа.

Фиг. 3 - то же, узел А (фиг. 2), вертикальный разрез II-II перпендикулярно длинной оси ленты при отработке подэтажа.

Фиг. 4 - то же, разрез III-III (фиг. 3), элемент горизонта доставки на подэтаже.

Фиг. 5 - то же, разрез IV-IV (фиг. 3), элемент вентиляционного горизонта подэтажа.

Фиг. 6 - то же, узел Б (фиг. 5), камера для бурения скважин образования компенсационной полости и скважин для разрушения целика между компенсационными полостями.

Фиг. 7 - то же, разрез V-V (фиг. 3), по ленте в центральной части подэтажа.

Фиг. 8 - разрез по доставочной выработке на транспортном (основном) горизонте этажа.

Фиг. 9 - узел В (фиг. 8), разрез VI-VI по камере выпуска руды из блока.

Фиг. 10 - секция устройства для дозированного приема руды.

Фиг. 11 - то же, что и фиг. 10, вид сбоку.

Фиг. 12 - узел разгрузки устройства для дозированного приема руды.

Кимберлитовая трубка в зоне многолетней мерзлоты 2 (2 - граница зоны многолетней мерзлоты) отрабатывается комбинированным открыто-подземным способом. Расчетами и проектом определяется граница 3 открытых горных работ и глубина камера. Известными техническими решениями создаются уступы по добыче кимберлита 4 и вскрышным работам по пустым 5 породам. В зоне, безопасной от сдвижения горных пород, проходят вентиляционный 6 и основной 7 стволы до границы 2 многолетней мерзлоты. В многолетнемерзлых породах закладывается основной горизонт 8 подземной разработки кимберлитовой трубки первого этажа. Через этот горизонт 8 будет выдаваться основная добыча кимберлита подземным способом из первого этажа. Когда разница в отметках от границы 3 открытых работ до первого горизонта 8 превышает 60 м, этаж делится на подэтажи, в данном примере 9(1), 9(2), 9(3), 9(4), 9(0), где (1), (2), (3), (4) и (0) - номера подэтажей для данного примера. Высота подэтажа 9 определяется возможностью буровой техники и может быть от 25 до 60 м, высота подэтажа 25 м тогда, когда используются буровые машины с вынесенным ударным узлом. Эти машины способны бурить скважины диаметром 50-80 мм на глубину 25 м. Наиболее целесообразно для предполагаемого технического решения использовать буровые машины с погружным ударным узлом, которые бурят скважины диаметром 80-150 мм на глубину до 60 м. Подэтажи 9 могут соединяться со стволами 6, 7. Для перепуска кимберлита из подэтажей 9 проходит рудоспуск 10.

Отработка кимберлитовой трубки 1 подземным способом начинается на границе 3 открытых горных работ нарезкой первого подэтажа 9(10) высотой, например 60 м. В плане кимберлитовая трубка (фиг. 2) на подэтажах 9 делится на ленты 11 (пунктирными линиями обозначена граница лент). Все горные работы, проводимые в каждой ленте, независимы от работ в смежных лентах. На границе каждого подэтажа 9 по середине ленты проходит доставочная выработка 12 (фиг. 3, 4) с погрузочными заходками 13 под компенсационные полости 14. В верхней части подэтажа по середине ленты проводится вентиляционная выработка 15 с буровыми камерами 16 (фиг. 3, 5, 6), из буровых камер 16 бурятся скважины 17 для расширения буровой сбойки 18 при образовании компенсационной полости 14, а также бурятся скважины 19 для отбойки руды в целиках 20 ленты (фиг. 7) между компенсационными полостями 14.

На основном горизонте 8 выполняется днище для приема замагазинированной руды со всех подэтажей 9(1), 9(2), 9(3), 9(4), 9(0). Днище выполнено доставочной выработкой 21 (фиг. 8, 9), в которой пройдены камеры 22, в которых смонтированы вибровозбудители 23. Руда из очистного пространства 24 поступает через выпускные отверстия 25. Днище выполнено так, чтобы образующие зоны потоков над каждым выпускным отверстием 25 пересекались на небольшой высоте (3-8 м). Под группой вибровозбудителей 23 смонтировано дозирующее устройство 26, выполненное секционированной емкостью с донной разгрузкой. Секционная емкость состоит из секций, выполненных в виде двух бортовин 27 с откидывающихся днищем 28 при проходе над рудоспуском 29 (фиг. 12). Секции между собой соединяются клиньями (не показано) и устанавливаются на металлических направляющих 29 в доставочной выработке 21. Перемещение дозирующего устройства 26 осуществляется приводом 30 возвратно-поступательного перемещения, выполненным, например, в виде гидроцилиндров с автоматическими захватами цепи 31, закрепленными на крайних секциях.

Из рудоспуска 29 руда перегружается в вагоны электровозной откатки, размещаемой в транспортной выработке 32 основного горизонта 8 этажа.

Пример осуществления способа разработки кимберлитовой трубки в зоне многолетней мерзлоты.

Для условий разработки кимберлитовых трубок 1 в Якутии границу открытых работ 3 определяют не по техническим возможностям применяемой для открытых работ горной техники, а исходя из реальных, полученных показателей ее использования с учетом больших вынужденных простоев по климатическим условиям.

Разработку кимберлитовой трубки в зоне многолетней мерзлоты ведут одновременно открытым и подземным способом. В начальный период добычу кимберлита ведут открытым способом, при минимально возможном объеме вскрышных работ. В это же время ведут форсированную проходку вентиляционного 6 и основного 7 стволов до границы 2 многолетней мерзлоты. В многолетнемерзлых породах над границей 2 проходят квершлаги первого этажа подземной разработки кимберлитовой трубки. При большой высоте (более 60 м) - этаж делится на подэтажи в данном примере 9(1), 9(2), 9(3), 9(4), 9(Основной). Подэтажи могут проходить непосредственно из стволов 6 и 7 с образованием упрощенных рудничных дворов. После того как горноподготовительные выработки на первом подэтаже 9(1) вошли в кимберлитовую трубку и начались нарезные работы в лентах 11, а именно проходка доставочных выработок 12 (фиг. 3, 4) заходок 13 под компенсационные полоски 14 на доставочном горизонте и вентиляционных выработок 15 и буровых камер 16 (фиг. 5, 6) на вентиляционном горизонте, начинается добыча кимберлита из подземных горных выработок. Все нарезные выработки можно проходить увеличенного сечения 10-20 м², на подэтаже можно организовать большое количество независимых забоев. Существующие современные самоходные комплексы для проходки выработок позволяют иметь производительность до 40 м³ в смену на одного горнорабочего.

Все указанное выше может обеспечить существенную производительность по добыче кимберлита в шахте, что позволит уменьшить добычу кимберлита на открытых горных работах и увеличить объем вскрышных работ.

Производительность по добыче кимберлита в шахте увеличится, когда на подэтаже можно будет образовывать компенсационные полости 14. В настоящее время серийно изготовляются высокопроизводительные буросбоечные машины, применение которых обеспечит высокопроизводительную и безопасную технологию образования компенсационных полостей.

Буросбоечной машиной бурится буровая сбойка 18 (фиг. 6) до почвы доставочного горизонта подэтажа в район камеры нижней подсечки компенсационной полости 14 (фиг. 3, 4). Диаметр буровой сбойки 360-600 мм выбирается из условий взрываемости кимберлита. До буровой камеры бурятся ряд скважин 17 для образования компенсационной полости 14. В начале взрывается одна скважина, отбитая руда погрузочно-доставочными машинами через заходку 13, доставочную выработку 12 транспортируется до рудоспуска 10. Затем взрываются две скважины - отбитая руда доставляется до рудоспуска 10. После чего можно взрывать три-пять скважин. Позже последовательным взрыванием серии скважин можно образовать компенсационную полость необходимого объема.

Производительность одной ленты на подэтаже при образовании компенсационной полости зависит только от производительности погрузочно-доставочной машины. Как показывает опыт, степень дробления горной массы при такой схеме отбойки легко регулируется, и можно получить руду любой необходимой крупности. Средняя длина доставки до рудоспуска при разработке кимберлитовых трубок не будет превышать 200 м. Работы по оборудованию и транспортировке ведутся на разных горизонтах и не зависят друг от друга. При указанных выше обстоятельствах производительность одной ленты может достигать 1000 тонн в смену и более. На подэтаже могут одновременно работать несколько лент. В работе могут находиться два-три подэтажа, в которых могут вестись нарезные работы по подготовке лент и образованию компенсационных полостей, то есть большое количество забоев и рабочих мест. Подземные работы в этот период могут полностью обеспечить потребность обогатительной фабрики кимберлитом. На открытых горных работах можно отказаться от добычи кимберлита в суровые зимние месяцы, и оставшиеся запасы карьера добывать только в летний период.

После выемки компенсационных полостей 14 в средней части подэтажа вынимается до 15% запасов (фиг. 7), остальная часть находится во временных целиках 20. Большие размеры целика 20 в многолетнемерзлых породах обеспечивает их прочность и устойчивость. По мере выемки компенсационных полостей 14 в ленте (или выемке всех компенсационных полостей) целики 20 погашаются взрыванием скважин 19 (фиг. 3, 6, 7). Количество скважин и их расположение (одиночными, пучками) определяется расчетом по взрываемости кимберлита. Причем размеры компенсационных полостей подобраны таким образом, чтобы взрывание происходило с переуплотнением отбитой горной массы.

Отбитый кимберлит в лентах на подэтаже магазинируется. По мере отработки подэтажей 9(1), 9(2), 9(3), 9(4) в очистном пространстве кимберлитовой трубки магазинируется переуплотненная руда. При отработке подэтажа 9(0) готовится днище под блоком всего этажа, устанавливаются вибровозбудители 23 (фиг. 8, 9), монтируется дозировочно-доставочное устройство 26 (фиг. 8, 10, 11). После того как погашены все компенсационные полости в последнем подэтаже 9(0) и вынуты все запасы кимберлита на открытых горных работах, начинается выпуск замагазинированной руды из всего этажа.

В одновременную работу включают все вибровозбудители 23, находящиеся над дозировочно-доставочным устройством 26 (на фиг. 8 - все с правой стороны). В работу могут включаться до десятка вибровозбудителей 23. За одну-пять минут заполняется дозировочно-доставочное устройство 26, при этом из блока выдается от 100 до 500 тонн руды. Вибровозбудители отключают. Производят осмотр заполнения дозировочного устройства проходом непосредственно по руде, находящейся в устройстве 26.

При необходимости устанавливают ВВ на куски руды, застрявшие в камере 22 над вибровозбудителями 26 (вибровозбудители 23 способы выдержать дробление негабарита взрыванием накладных зарядов до 5 кг ВВ), устанавливают накладные заряды на негабаритные куски руды, попавшие в устройство 26 (устройство так же способно выдержать дробление негабарита взрыванием накладных зарядов ВВ).

При необходимости производят догрузку устройства 26 индивидуальным включением вибровозбудителя 23 в местах неполной загрузки. Убедившись в полноте загрузки, дозировочное устройство 26 приводом 30 посредством цепи 31 перемещаю над рудоспуском 29 (фиг. 8, 12).

Производится донная разгрузка дозировочного устройства путем разворота опрокидывающих днищ 28 (фиг. 10, 11, 12), и оно перемещается в левую часть доставочной выработки 21, под левую группу вибровозбудителей 23. Включают в работу левую группу вибровозбудителей, заполняя дозировочное устройство 26. После выключения вибровозбудителей 23, убедившись в полноте наполнения устройства 26, при необходимости ведут выше описанные операции.

Для перемещения и разгрузки дозировочного устройства 26 включают привод 30. Скорость перемещения 0,1 - 0,5 м/сек. Производительность по выпуску, доставке и погрузке руды в рудоспуск 3000 - 5000 т/час и более, эта операция обеспечивает производительность практически любой шахты. Выпуск и погрузка из всех доставочных выработок, находящихся под блоком, ведется по графику. Если за один прием выпускается от 100 до 500 тонн с площади от 200 до 1000 м² и более очистного пространства, то опускание поверхности будет плавное и медленное. Освобождающееся выработанное пространство кимберлитовой трубки заполняется льдом и отходами производства.

Формула изобретения

Способ отработки кимберлитовых трубок в зоне многолетней мерзлоты, включающий определение экономически целесообразной глубины открытой разработки, ведение открытых горных работ в карьере с формированием уступов по добыче кимберлитов, вскрышные работы и одновременную подземную разработку, содержащую проведение горнокапитальных и горноподготовительных работ, создание компенсационных полостей, отбойку и выпуск отбитой руды, отличающийся тем, что одновременно с формированием уступов по добыче кимберлита и вскрышным работам проходят стволы шахт, квершлаги и капитальные выработки по транспортировке руды на границе зоны распространения многолетней мерзлоты с образованием первого этажа подземной разработки, при этом этаж разделяют на подэтажи, начиная от проектной границы открытых работ, в подэтаже рудное тело делят на ленты и в них проходят вентиляционные и доставочные выработки, которые соединяют между собой буровыми сбойками и посредством взрывания скважинных зарядов расширяют, образуя компенсационные полости, причем объем руды из ленты, вынутой при проходе вентиляционных и доставочных выработок, а также компенсационных полостей не должен превышать 12-20% объема ленты, оставшуюся руду в ленте взрывают посредством скважинных зарядов и полученную переуплотненную отбитую руду всех лент в подэтаже магазинируют, затем аналогичным образом производят отбойку и магазинирование переуплотненной руды в ниже следующих подэтажах, а на последнем подэтаже выработки выпуска оборудуют вибровозбудителями с устройствами для дозированного приема руды под каждым из них и по завершении добычи руды открытым способом производят многократный дозированный вибровыпуск руды одновременным включением в работу всех вибровозбудителей на время заполнения дозирующих устройств и последующую выгрузку дозирующих устройств, а транспортировку руды ведут при выключенных вибровозбудителях, освободившееся очистное пространство заполняют льдом и промышленными отходами горного производства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12