Способ подземной разработки месторождений в криолитозоне

 

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при разработке месторождений в условиях криолитозоны (в многолетнемерзлых породах) системами с закладкой выработанного пространства при формировании закладочного массива (искусственного целика). Криолитозона обладает специфическими условиями, а именно отрицательной температурой горного массива на глубину до 1500 м. Сущность изобретения: способ подземной разработки месторождений в криолитозоне, включающий образование первичных камерных выработок, подачу в камеру заполнителя, вяжущего материала и охлажденного воздуха, отличающийся тем, что в камеру подают последовательно заполнитель, вяжущий материал в объемах, определяемых по формуле: V_в = V_п • 0,5[(-Т_по) + T_к]/(Т_во + Т_к + 86), где V_в - объем вяжущего, м³; V_п - объем заполнителя, м³; Т_по - начальная температура заполнителя, °С; Т_во - начальная температура вяжущего, °С; Т_к - конечная температура искусственного закладочного массива, град., которая должна быть не более -2°С. Изобретение обеспечивает максимальную полноту извлечения из недр полезного ископаемого, сохранение экологической чистоты района, исключение применения древесины в качестве крепления подземных горных выработок. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при разработке месторождений в условиях криолитозоны (в многолетнемерзлых породах) системами с закладкой выработанного пространства при формировании закладочного массива (искусственного целика). Около 64% территории России находится в условиях криолитозоны, в которой сосредоточены огромные запасы угля, железа, драгоценных металлов. Криолитозона обладает специфическими условиями, а именно отрицательной температурой горного массива на глубину до 1500 метров.

Известен способ возведения искусственных целиков из льдопородной закладки посредством замораживания воды в дробленой породе с ее искусственным охлаждением при помощи специальных колонок с рассольным охлаждением и применением холодильной установки ФДС - 20 м. При этом способе в первую очередь отрабатывают камеры короткими забоями (первичные камеры) с оставлением между ними рудных целиков (вторичные камеры). После закладки первичных камер дробленой породой и замораживания воды в них посредством подачи охлажденного рассола по металлическим трубам внутри дробленой породы производят выемку междукамерных рудных целиков (см. Дядькин Ю.Д. Паненков Ю.И., Симонов К.С. и др. Отработка междукамерного (рудного) целика с предварительным замораживанием закладки. -Горный журнал. N 3. 1977, с. 32-34).

Недостатком способа является сложность и трудоемкость работ по возведению искусственного закладочного массива, требующих монтажа и эксплуатации специальной замораживающей системы, криогенной техники. При этом сохраняются достаточно высокие показатели разубоживания и потерь руды при извлечении ее из недр - соответственно 14-25% и 12-15%.

Наиболее близким техническим решением является способ образования закладочного массива в условиях многолетнемерзлых пород, включающий отработку первичных камер, транспортировку пустых дробленых, мерзлых пород в отработанные первичные камеры, заполнение камер охлажденной до + 4^oC водой, подачу холодного воздуха в камеру до образования смерзшегося, монолитного целика, отработку соседних камер с оставлением предохранительного рудного целика между камерами (см. Бакакин B.П. Основы ведения горных работ в условиях вечной мерзлоты.- М.: Металлургиздат. 1958, с. 73 -81).

Недостатком этого способа является то, что образуемый искусственный массив не обеспечивает монолитности и устойчивости при обнажении (при бурении в нем шпуров через 15-20 месяцев после формирования массива из них вытекала вода), что приводит к необходимости оставления рудных целиков на границе первичных и вторичных камер с безвозвратными потерями ценных руд до 20-25%.

Цель изобретения заключается в снижении разубоживания и потерь ценных руд, снижении трудоемкости закладочных работ, исключении применения криогенной техники, обеспечении устойчивости искусственного закладочного массива при его обнажении за счет сбалансированного смешивания пустых мерзлых пород (заполнителя) и охлажденной воды (затвердителя) в заданных объемах в зависимости от их первоначальных температур.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе образования искусственного закладочного массива (целика) при камерной системе разработке, включающем подачу в камеру заполнителя (охлажденные дробленые породы), вяжущего материала (воду) и воздуха, вначале порциями подают заполнитель, затем вяжущий материал и охлажденный воздух до получения целостности формируемого слоя искусственного целика, после чего процесс повторяют до создания монолитного закладочного массива всего объема камеры.

При этом объем вяжущего определяют в зависимости от объема и температуры заполнителя и необходимой конечной температуры закладочного искусственного массива (целика) по формуле: V_в=V_п•0,5[(-Т_по)+Т_к]/ (Т_во+Т_к+86), где V_в- объем вяжущего, м³; V_п- объем заполнителя, м³; Т_по - начальная температура заполнителя, ^oC; Т_во- начальная температура вяжущего, ^oC; Т_к- конечная температура искусственного закладочного массива, град., которая должна быть не более минус 2^oC.

Охлажденый воздух подают поэтапно, по мере послойного образования массива. При этом температуру подаваемого воздуха поддерживают в пределах от минус 5^oC и более, а скорость движения воздуха по подземным выработкам от 4 м/с до 1 5 м/с. Нижние пределы ограничены необходимостью формирования прочностных свойств за технологически определенный период времени, верхние пределы - необходимостью обеспечения безопасного передвижения людей в горных выработках.

Ограничения на применение формулы: Т_во >0^oC - начальная температура вяжущего, то есть воды, должна быть положительной, чтобы обеспечить транспортировку в место формирования закладочного массива. Рекомендуемые параметры от +2^oC до +8^oC; более теплая вода увеличивает время формирования льдопородного закладочного массива.

T_по <мин 10^oC - начальная температура заполнителя, то есть дробленых пород, обеспечивает создание монолитного целика, чем ниже температура породы, тем быстрее процесс формирования искусственного целика и, как видно из формулы, тем больший объем вяжущего можно использовать (что является более технологичным).

Т_к - конечная температура искусственного закладочного массива, должна быть не более минус 2^oC. Меньшие значения температур искусственного массива не обеспечат необходимой устойчивости льдопородной закладки при ее обнажении. Температура льдопородного массива в интервале от минус 2^oC до минус 4^oC обеспечивает его устойчивость при обнажении до 40 метров, что вполне удовлетворяет технологическим требованиям.

Так, например, при начальной температуре воды + 4^oC, конечной температуре массива - 4^oC предельное соотношение объемов воды и дробленой породы определенной температуры будет следующим (см. таблицу).

Это означает, что, например, для получения монолитного искусственного закладочною массива, допускающего обнажение (пролет) до 40 м, на единицу объема дробленых пород с температурой минус 20^oC должно быть не более 11 объемов воды с температурой 4^oC. То есть воды (вяжущего) по объему должно быть в 11 раз меньше, чем дробленой породы (заполнителя). Если воды будет подано больше, то вода просто не замерзнет.

Таким образом, положительный эффект образования монолитного устойчивого целика получают за счет дозированного смешивания объемов заполнителя и вяжущего в зависимости от их температур и заданием необходимой конечной температуры искусственного закладочного массива, обеспечивающей связность всех его элементов. Причем это обеспечивается за счет естественной отрицательной температуры дробленых пород без применения специальной криогенной техники. Отрицательная температура горного массива при этом играет положительную роль.

Использование данного способа подземной разработки месторождений в криолитозоне позволяет применить системы с льдопородной закладкой выработанного пространства, обеспечивающих максимальную полноту извлечения из недр полезного ископаемого, сохранить экологическую чистоту района, исключить применение древесины в качестве крепления подземных горных выработок. Только исключение применения крепежного дальневосточного леса из технологии добычи полезного ископаемого в условиях Северо-Востока даст миллионные прибыли в год.

Формула изобретения

1. Способ подземной разработки месторождений в криолитозоне, включающий образование первичных камерных выработок, подачу в камеру заполнителя, вяжущего материалы и охлажденного воздуха, отличающийся тем, что в камеру подают последовательно заполнитель, вяжущий материал в объемах, определяемых по формуле V_в = V_п • 0,5[(-T_по) + Т_к]/(Т_во + Т_к + 86),
где V_в - объем вяжущего, м³;
V_п - объем заполнителя, м³;
Т_по - начальная температура заполнителя, ^oC;
Т_во - начальная температура вяжущего, ^oC;
Т_к - конечная температура искусственного закладочного массива, град., которая должна быть не более -2^oC.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлажденный воздух подают поэтапно в зависимости от объема формируемого искусственного массива на данном этапе, при этом температуру подаваемого воздуха поддерживают в пределах от -5^oC и ниже, а скорость движения воздуха 4 - 15 м/с.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве заполнителя применяют пустые дробленые породы отрицательной температуры, а в качестве вяжущего охлажденную воду.

РИСУНКИ

Рисунок 1