Способ комбинированной разработки месторождений полезных ископаемых крутого падения вблизи водных объектов
Владельцы патента RU 2565310:
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ Институт проблем комплексного освоения недр Российской академии наук (ИПКОН РАН) (RU)
Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых комбинированным способом, и в частности к отработке залежей крутого падения, в том числе трубкообразной формы, вблизи водных объектов. Техническим результатом является предотвращение прорыва воды в горные выработки при отработке подкарьерных запасов, исключение потерь полезного ископаемого в разделительном целике и уменьшение разрыва во времени между добычей полезного ископаемого открытым и подземным способами. Способ включает сооружение на дне карьера породной подушки с противофильтрационным суглинисто-пленочным экраном, отведение дренажных рассолов по водоотливной штольне для безопасной отработки нижележащих запасов полезного ископаемого. При этом производят выемку предохранительного целика, состоящего из полезного ископаемого, и заменяют его искусственным целиком из материала закладки, при этом замену производят одновременно с проведением добычных работ в карьере при отсутствии опасности прорывов воды из карьера в подземные выработки, а самому искусственному целику придают устойчивую сводообразную форму. 2 ил.
Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых комбинированным (открыто-подземным) способом, и в частности к отработке залежей крутого падения, в том числе трубкообразной формы, вблизи водных объектов.
В настоящее время при комбинированном способе разработки месторождений вначале их отработка ведется, как правило, открытым способом, а затем подземным. Для предотвращения или снижения опасности прорывов воды из затапливаемого карьера в подземные горные выработки оставляется предохранительный рудный целик между открытыми и подземными выработками. Недостатками этого способа являются: потери или консервация запасов в целике на длительный период отработки нижележащего полезного ископаемого с учетом сложности ведения горных работ вблизи водного объекта, необходимость длительной эксплуатации системы заглубленного водоотлива и связанное с этим ухудшение экологической ситуации в районе горных работ, большой разрыв во времени между добычей полезных ископаемых открытым и подземным способом, что негативно влияет на экономику горного предприятия и, главное, опасность прорыва воды в подземные горные выработки при нарушении сплошности целика под влиянием горных работ или необнаруженного ранее геологического нарушения.
Известен способ слоевой отработки кимберлитовой трубки в восходящем порядке с закладкой и механизированный комплекс для его осуществления. Способ включает выемку руды слоевыми рассечками, в очередном слое проходят разрезной и оконтуривающие штреки, из разрезного штрека в первой и второй панелях проходят монтажные камеры до оконтуривающих штреков, в монтажных камерах каждой панели устанавливают передвижную ограждающую крепь из самоходных гидрофицированных тумб, в которых монтируют реверсивные ленточные конвейеры, и монтируют магистральный закладочный конвейер по разрезному штреку и транспортные рудные конвейеры в оконтуривающих штреках. [Патент РФ RU 203420 С2, М.Кл. Е21С 41/22; E21D 23/00; 25.07.2001, БИ. - 2003. - №12].
Недостатком способа является высокая вероятность прорыва воды в подземные горные выработки при восходящем порядке отработки залежи полезного ископаемого, возрастающая по мере приближения фронта добычных работ к затапливаемому карьеру, и большие потери или длительная консервация запасов полезного ископаемого в предохранительном рудном целике.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ первоочередной выемки предохранительного целика с созданием условий для безопасной отработки нижележащих запасов полезного ископаемого и прекращения функционирования заглубленного водоотлива. С целью защиты подземного рудника от затопления данным способом предусмотрено сооружение на дне карьера породной подушки с противофильтрационным суглинисто-пленочным экраном, отведение дренажных рассолов по водоотливной штольне, их откачка погружными насосами и сброс в накопитель минерализованных вод. Система должна действовать до момента образования искусственного разделительного целика из твердеющего закладочного материала, предотвращающего проникновение вод в подземный рудник, после чего карьер затапливается, а дальнейшую подземную разработку месторождения осуществляют под защитой закладочного массива. Указанная схема обеспечивает полноту извлечения высокоценных руд, но при этом требуется решить ряд геомеханических задач, с тем чтобы определить параметры и оценить последствия применения рекомендуемых технологий, последовательности и порядка выемки запасов. Результаты расчетов и анализа полей напряжений и деформаций показали, что при успешно выполненной сухой консервации карьера разделительная потолочина R мощностью 15~20 м должна обеспечивать устойчивость горных конструкций при отработке запасов слоевой восходящей выемкой с полной закладкой выработанного пространства. Использование искусственного разделительного целика мощностью 100 м из твердеющей закладки прочностью 3-4 МПа позволяет надежно защитить подземные горные выработки от обводнения [Замесов Н.Ф., Айнбиндер И.И., Звеков В.А. и др. «Подземная разработка рудных месторождений в сложных горнотехнических условиях». Горный журнал. №4. 2005 г.].
Недостатками способа являются: низкая надежность сухой консервации карьера и большой разрыв во времени между добычей полезных ископаемых открытым и подземным способами. Попытки применить этот способ на руднике «Мир» АК «АЛРОСА» при разделительном целике мощностью 20 метров привели к возникновению и росту трещин, проникновению рассолов в подземное пространство рудника.
Целью изобретения является предотвращение прорывов воды в горные выработки, проводимые под затапливаемым карьером, снижение потерь полезного ископаемого в разделительном целике и уменьшение разрыва во времени между добычей полезного ископаемого открытым и подземным способом за счет создания искусственного целика из твердеющей закладки до окончания добычных работ в карьере.
Указанная цель достигается тем, что одновременно с добычными работами в карьере ведутся работы по вскрытию запасов месторождения для подземной добычи полезного ископаемого, по отработке этих запасов в нисходящем порядке от планируемого дна карьера и по созданию искусственного предохранительного целика вместо целика из высокоценного полезного ископаемого.
Сущность способа поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана отработка разделительного целика и его закладка от планируемого дна карьера в нисходящем порядке; на фиг. 2. показан искусственный целик сводообразной формы, равный по мощности разделительному целику.
Способ комбинированной (совмещенной) разработки месторождений полезных ископаемых крутого падения вблизи водных объектов реализуется следующим образом.
Одновременно с добычными работами в карьере (отработка слоев 1, 2, 3, 4, 5) ведут работы по вскрытию запасов месторождения для подземной добычи полезного ископаемого, по отработке этих запасов в нисходящем порядке от планируемого дна карьера и по созданию искусственного предохранительного целика вместо целика из высокоценного полезного ископаемого, при этом разделительный целик из твердеющей закладки создают до завершения работ в карьере, т.е. при отсутствии опасности прорыва воды из карьера в подземные выработки. Подземные горные работы начинают на горизонте планируемого дна карьера и ведут в нисходящем порядке. Добычные работы в карьере ведут до соприкосновения его дна с заложенным пространством. Для повышения устойчивости искусственного массива ему придают форма свода путем более плотной закладки в средней части отрабатываемых слоев и менее плотной в периферийных. Целесообразным является также применение твердеющей закладки в средней части отрабатываемых слоев (1′, 2′, 3′, 4′, 5′) и гидравлической в периферийных.
Необходимую мощность разделительного целика R между открытыми и подземными работами вычисляют по формулам:
или
где ηmax - величина оседания пород в основании водного объекта;
εкр - величина относительной деформации растяжения, при которой породы, подстилающие водный объект, теряют сплошность (критическая деформация);
y - остаточный напор, отсчитываемый от кровли водоупорных пород, отделяющих толщу пород, в которой проектируются подземные выработки, от вышележащего водного объекта;
mэф - эффективная мощность вынимаемой залежи или ее слоя, определяется из выражения:
mэф=(hк+hн)(1-В)+Bm,
где hK - величина сближения кровли с почвой (конвергенция) до возведения закладки, определяется опытным путем, м;
m -мощность отрабатываемой рудной залежи или ее слоя, м;
hн - неполнота закладки, м;
В - коэффициент усадки, определяют по таблице 1.
Отработку разделительного целика и его закладку начинают от планируемого дна карьера в нисходящем порядке, как это показано на фиг. 1. Наиболее плотную закладку производят в средней части отрабатываемых слоев (1′, 2′, 3′, 4′, 5′), а менее плотную в периферийных. После отработки полезного ископаемого в разделительном целике и закладки выработанного пространства создают искусственный целик сводообразной формы, равный по мощности разделительному целику, как это показано на фиг. 2. Дальнейшая отработка полезного ископаемого подземным способом ведется под надежной защитой созданного искусственного целика, обеспечивающего безопасную отработку подкарьерных запасов под защитой этого целика и позволяющего полностью избежать потерь ценного полезного ископаемого в разделительном целике и исключить расходы на «сухую» консервацию карьера.
Таким образом, способ позволяет предотвратить прорывы воды в горные выработки при отработке подкарьерных запасов, исключить потери полезного ископаемого в разделительном целике и уменьшить разрыв во времени между добычей полезного ископаемого открытым и подземным способами за счет создания искусственного целика из закладки до окончания добычных работ в карьере.
Способ комбинированной разработки месторождений полезных ископаемых крутого падения вблизи водных объектов, предусматривающий сооружение на дне карьера породной подушки с противофильтрационным суглинисто-пленочным экраном, отведение дренажных рассолов по водоотливной штольне для безопасной отработки нижележащих запасов полезного ископаемого, отличающийся тем, что производят выемку предохранительного целика, состоящего из полезного ископаемого, и заменяют его искусственным целиком из материала закладки, при этом замену производят одновременно с проведением добычных работ в карьере при отсутствии опасности прорывов воды из карьера в подземные выработки, а самому искусственному целику придают устойчивую сводообразную форму.
