Способ разработки месторождения и открытая выработка
Изобретение относится к способу разработки месторождения, в частности породного массива или рудного тела. Техническим результатом является повышение эффективности разработки месторождения. Способ включает следующие шаги: на первом шаге разработки месторождение перфорируют с помощью находящегося на поверхности выхода месторождения выемочного устройства с извлечением сырьевого материала месторождения. При этом в месторождении остается перфорационная структура, возникающая в процессе перфорации между извлеченными объемами месторождения. Причем на следующем, втором шаге разработки по меньшей мере частично извлекают оставшуюся перфорационную структуру месторождения и при этом осуществляют дальнейшую выемку сырьевого материала месторождения, причем извлечение оставшейся перфорационной структуры месторождения осуществляют сверху. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к способу разработки месторождения, в частности, породного массива или рудного тела, причем выемку сырьевого материала месторождения производят с помощью выемочного устройства.
Настоящее изобретение относится, далее, к открытой выработке месторождения, разрабатываемого таким способом.
Уровень техники
Разработка месторождения, например, добыча алмазосодержащих руд и алмазосодержащей породы из жерл потухших вулканов может производиться открытой выработкой и/или подземной разработкой. Под месторождением в общем случае могут пониматься залежи полезных минералов или пород. Добыча руд из рудных месторождений, например, разработка алмазосодержащих кимберлитовых залежей (первичных месторождений) представляет особый интерес для сырьевой отрасли и промышленности дальнейшей переработки. Разработка месторождений золота и других полезных ископаемых также представляет значительный интерес.
На ФИГ. 1 показано трубчатое вертикально расположенное месторождение 1, содержащее сырьевой материал 5. Сырьевой материал 5 может представлять собой руду, например кимберлит. Месторождение 1 может быть обнаружено по его выходу 3 на поверхность. Месторождение 1, содержащее добываемый сырьевой материал 5, окружено пустой или вмещающей породой 6.
Такие месторождения могут возникать в результате геологической активности или образования грабенов, при этом сырьевой материал в вертикальном месторождении благодаря подъему материала обогащается - или вследствие сброса переводится из горизонтального залегания в вертикальное положение.
Месторождение 1 обычно разрабатывают открытым способом в карьере 2, как показано на ФИГ. 2, до некоторой глубины D1 выработки. Карьер 2 может спускаться спиральными уступами, чтобы можно было осуществить выемку из месторождения 1 сырьевого материала 5 и окружающей пустой породы 6, а также транспортировку с помощью транспортных средств, например, самосвалов с корытообразным кузовом. Карьер 2 может также описываться как воронка или конусообразно сходящийся вниз рудник.
Экономически целесообразная разработка месторождения 1 открытым способом в карьере 2 возможна только до некоторой определенной глубины D1 выработки, на каковой глубине может находиться выход 3 месторождения на поверхность. Под этим выходом 3 месторождения на поверхность находится дальнейший сырьевой материал 5 месторождения 1. Месторождение 1 может или сужаться книзу, как показано на ФИГ. 1 и 2, или идти вниз, по существу, с постоянной шириной, или же, альтернативно, расширяться книзу. Кроме того, может встретиться отличающийся от указанных, нерегулярный ход месторождения 1. Способ разработки указанного рода раскрыт в патентом документе RU 2261331 С2.
Дальнейшая выемка сырьевого материала 5 из месторождения 1 с углублением открытой выработки, как показано на ФИГ. 2, может производиться только подземной разработкой под максимальной глубиной D1 выработки, так как дальнейшее сужение карьера 2 под указанной глубиной выработки невозможно или неэкономично. Однако подземная выемка сырьевого материала 5 часто неэкономична вследствие высоких затрат на разработку проекта для прокладки шахт и тоннелей и на их дорогостоящую проходку.
Также неэкономично возможное увеличение или расширение карьера 2, так как вследствие высокой доли извлекаемой пустой породы 6 по отношению к дополнительно получаемому сырьевому материалу 5, выход этого дополнительно получаемого сырьевого материала будет сравнительно мал. Это соответствует низкому вскрышному отношению (или „Strip-Ratio", „stripping ratio" - «коэффициенту вскрыши»).
Современная выемка сырьевого материала открытым способом или подземной разработкой имеет поэтому тот недостаток, что глубоко залегающий сырьевой материал или сырьевой материал ограниченного объема залегания в малых залежах приходится оставлять нетронутым, так как экономичная выемка таких изолированных и, по большей части, особенно богатых залежей в настоящее время невозможна.
Далее, известно заводнение открытой выработки, с тем чтобы затем с помощью плавучего выемочного устройства дальше добывать сырье с поверхности воды. Это известно, например, из патентного документа RU 2312989 С2. Однако способы подводной разработки, известные также из патентных документов DE 1816221 А1, DE 1812879 А1, DE 2809304 или DE 10243747 А1, требуют сравнительно больших затрат времени и средств.
Раскрытие сущности изобретения
В основу настоящего изобретения положена задача предложить способ разработки месторождения, который позволяет добывать сырьевой материал особенно экономично, в частности, экономично до значительных глубин.
Решение этой задачи достигается предложением способа с признаками по п. 1 формулы настоящего изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы.
Согласно настоящему изобретению способ разработки месторождения, в частности, породного массива или рудного тела, включает следующие шаги: на первом шаге разработки месторождение перфорируют с помощью находящегося на поверхности выхода месторождения выемочного устройства и при этом извлекают сырьевой материал месторождения. Причем в месторождении остается перфорационная структура, возникающая в процессе перфорации между извлеченными объемами месторождения. На следующем, втором шаге разработки, по меньшей мере, частично разрабатывают оставшуюся перфорационную структуру месторождения и при этом производят дальнейшую выемку сырьевого материала месторождения.
Под месторождением могут пониматься залежи сырья, в частности, рудные залежи. В частности, речь может идти об алмазосодержащих рудах. Сырьевой материал, разработку месторождения которого производят согласно настоящему изобретению, может представлять собой, в частности, породу или руду.
Выход месторождения на поверхность может иметь место на поверхности существующей открытой выработки или подземной выработки. Поэтому под выходом месторождения на поверхность может пониматься всякая естественная поверхность по ходу залегания - или вскрытая в результате открытой или подземной выработки. Выход месторождения на поверхность может при этом обнаружиться вдоль горизонтального разреза месторождения. Выход месторождения на поверхность может при взгляде сверху на месторождение представлять собой замкнутую округлую фигуру. Такая округлая или тарельчатая форма выхода месторождения на поверхность может в частности, встретиться в трубчатых месторождениях.
Под перфорацией месторождения в контексте настоящего изобретения следует понимать проделывание каналов в месторождении - или его просечку. Каналы могут проделываться в шахматном расположении, со сдвигом и/или на расстоянии друг от друга. Перфорирование месторождения может производиться предпочтительно вертикально, с образованием вертикально перфорированного месторождения. Соответственно, может возникнуть вертикальная перфорационная структура. Альтернативно, перфорирование может также производиться наклонно, то есть не вертикально, или отвесно. Под перфорационной структурой, которая согласно настоящему изобретению может временно оставаться в месторождении, может пониматься столбчатая структура, образующаяся в процессе перфорации или просечки месторождения. При этом перфорационная структура может представлять собой отдельно стоящие колонны, или связное пространственное переплетение, или пространственную решетку. Извлеченные объемы месторождения могут представлять собой вытянутые цилиндрические полости или полости в форме прямоугольных параллелепипедов.
Существенная основная идея способа эффективной разработки месторождения согласно настоящему изобретению состоит в том, что имеющийся сырьевой материал разрабатывают в два этапа, при этом разработку в направлении выемки, в частности, по существу, в вертикальном направлении выемки, осуществляют так, что вначале месторождение перфорируют, то есть просекают в направлении выемки с прочной поверхности. Здесь для первого шага разработки могут применяться простые и дешевые способы разработки, при этом остается довольно остаточного материала для обеспечения достаточной устойчивости грунта. На втором шаге остающийся между каналами сырьевой материал может быть, в принципе, полностью вынут, при этом может быть применен другой способ разработки. Такой двухстадийный способ разработки с временной перфорационной структурой имеет, в частности, то преимущество, что двумя этими разнесенными по времени шагами разработки сырьевой материал может эффективно извлекаться от выхода месторождения на поверхность вплоть до больших глубин.
На первом шаге разработки посредством перфорирования может быть вынута примерно половина, то есть приблизительно до 50 процентов или более, доступного для извлечения сырьевого материала месторождения у выхода месторождения на поверхность. Размеры извлеченных из месторождения объемов могут быть при этом рассчитаны так, чтобы уже на первом шаге разработки могла быть достигнута максимально возможная степень выемки доступного для извлечения сырьевого материала месторождения под выходом месторождения на поверхность. К этим размерам относятся, в частности, диаметр или ширина извлеченных объемов, а также их глубина. Эти размеры определяются устойчивостью месторождения, в частности рудного тела, в условиях применения выемочного устройства. Интервал перфорации может быть выбран так, чтобы извлеченные объемы не перекрывались или почти не перекрывались. Перед вторым шагом разработки предпочтительно вертикальные перфорационные каналы заполняют, в частности, жидкостью, или твердым материалом, или отверждаемой массой. Это позволяет осуществить эффективный второй технологический шаг.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения извлеченные объемы перфорированного месторождения, по меньшей мере, частично заводняют и на следующем, втором шаге выемку перфорационной структуры заводненного месторождения производят с помощью плавающего на заводненном месторождении выемочного устройства. Заводнение месторождения может производиться такой жидкостью, как вода. При этом поверхность заводнения, например поверхность воды, может находиться выше или ниже выхода месторождения на поверхность. Если поверхность заводнения находится выше выхода месторождения на поверхность, то перфорационная структура находится целиком под поверхностью заводнения. Если поверхность заводнения находится ниже выхода месторождения на поверхность, то верхние зоны перфорационной структуры могут выступать и быть видны. Заводнение перфорированного месторождения может производиться во время или после первого шага разработки. Альтернативно или дополнительно, заводнение перфорированного месторождения может производиться также во время второго шага разработки.
На втором шаге разработки перфорационная структура заводненного месторождения может извлекаться с помощью выемочного устройства первого шага разработки или другого выемочного устройства, при этом выемочное устройство, предусмотренное для второго шага разработки, может плавать на заводненном месторождении. Высотная отметка или уровень поверхности заводнения, которая при заводнении водой может также называться поверхностью воды, с целью создания благоприятных производственных условий для выемки остающейся в месторождении перфорационной структуры может регулироваться по высоте объемом заводнения. В качестве выемочного устройства для первого и/или второго шага разработки может применяться буровой станок, почвенная фреза для образования «стены в грунте» и/или грейфер („Clamshell”). В случае плавучего выемочного устройства оно может располагаться на понтоне. Может также применяться драга или землечерпательный снаряд („Dredger”), на котором может располагаться буровой станок, почвенная фреза или фрезерная коронка и/или загребающая лапа.
Заводнение перфорированного месторождения дает, в частности, то преимущество, что перфорационная структура в месторождении поддерживается заводняющей жидкостью, а также то преимущество, что плавающее на заводненном месторождении выемочное устройство защищено от провала в перфорационную структуру месторождения. Таким образом, можно избежать обрушения перфорационной структуры под выемочным устройством и сползания последнего, благодаря чему возможна надежная и полная выемка до больших глубин под поверхностью заводнения или поверхностью разработки.
В зависимости от содержания в руднике сырьевого материала, в частности руды, заводненные и заполненные водой извлеченные объемы могут некоторое определенное время выдерживаться, до тех пор пока процесс эрозии не зайдет так далеко, что на следующем шаге разработки станет легче извлекать сырьевой материал. Такая выдержка заводненного месторождения может быть предусмотрена как промежуточный шаг между первым и вторым шагами разработки.
Между первым и вторым шагами разработки, в частности, перед заводнением месторождения и/или после создания некоторого определенного количества полостей выемки, может быть предусмотрен промежуточный шаг, на котором имеющуюся перфорационную структуру вначале разрабатывают с помощью выемочного устройства, в частности гидравлического грейфера, находящегося сбоку от перфорационной структуры на выхода месторождения на поверхность или на поверхности почвы. При этом грейфер может частично извлечь перфорационную структуру, созданную на первом шаге разработки буровым станком. Этот промежуточный шаг может выполняться в зависимости от устойчивости месторождения.
Для эффективной разработки месторождения в одном из дальнейших предпочтительных вариантов осуществления может быть предусмотрено перфорирование месторождения бурением или фрезерованием посредством находящейся на выходе месторождения на поверхность буровой установки или почвенной фрезы. Буровая установка может представлять собой буровой станок, в частности, станок вращательного бурения со шнековым буром и/или ковшебуром. При выемке алмазосодержащего сырьевого материала предпочтительно применять бурение, так как в условиях применения промывочной жидкости, в частности воды, вследствие контакта с ней сырьевой материал через сравнительно короткое время подвергается эрозии. Это затем, на последующем шаге дает то преимущество, что сырьевой материал может быть легче отбит. Почвенная фреза может представлять собой почвенную фрезу для образования «стены в грунте». Для перфорации месторождения, альтернативно или дополнительно, может также быть предусмотрен грейфер, формирующий «стену в грунте». Для выемки могут также быть применены несколько таких одинаковых или различных выемочных устройств. Одно или несколько таких выемочных устройств могут также быть применены как одно или несколько плавающих на заводненном месторождении выемочных устройств. Несколько таких выемочных устройств могут также быть применены одновременно на первом и/или на втором шаге разработки.
Согласно настоящему изобретению может также быть предусмотрено перекрытие первого и второго шагов разработки, при этом первый шаг разработки начинают до второго шага. Соответственно, разработка перфорационной структуры на втором шаге разработки может быть начата до полного завершения перфорирования на первом шаге разработки месторождения. Для этого требуется, чтобы, по меньшей мере, одно выемочное устройство применялось на обоих перекрывающихся шагах разработки.
Для добычи сырья согласно одному из дальнейших предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения предпочтительно, чтобы извлекаемый сырьевой материал в процессе перфорации месторождения проходил грубое дробление. Сырьевой материал, в частности руда, может грубо дробиться посредством - или в процессе - бурения или фрезерования. Бурение или фрезерование могут выполняться буровым станком или почвенной фрезой. Преимущество грубого дробления сырьевого материала состоит в том, что может быть снижена стоимость подготовки сырья. Такой предпочтительный процесс дробления может также производиться, альтернативно или дополнительно, дробилкой грубого дробления. Под дроблением или грубым дроблением сырьевого материала может пониматься его измельчение.
В одном из дальнейших предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения извлеченные объемы месторождения, по меньшей мере, частично заполняют подпирающей жидкостью. Извлеченные объемы, которые могут представлять собой скважины, шпуры или фрезерные щели, могут быть подперты жидкостью, например водой или суспензией. В случае выемки сырьевого материала с помощью почвенной фрезы в процессе фрезерования, жидкость или суспензия, кроме выполнения своей задачи в качестве опорной среды, может также служить транспортировочной средой для отбитого и извлекаемого сырьевого материала. Жидкость или суспензия после отделения от сырьевого материала может снова подаваться в скважину или во фрезерную щель в качестве подпирающей жидкости.
При этом, как было обнаружено в одной из дальнейших разработок настоящего изобретения, особенно благоприятно для процесса выемки заводнение перфорированного месторождения подпирающей жидкостью. Это предпочтительно может производиться такой жидкостью, как вода. Таким образом, подпирающей жидкостью может быть жидкость заводнения. Заводнение перфорированного месторождения подпирающей жидкостью может производиться до высоты ниже или выше, - например на 5 метров выше, - выхода месторождения на поверхность.
Если месторождение заводняют во время первого и/или второго шагов разработки или между ними, то в одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения плавающее на заводненном месторождении выемочное устройство может располагаться на плавучем носителе, в частности, на понтоне или на барже. На этом носителе может устанавливаться выемочное устройство, устройство разработки или инструмент разработки, например, гидравлический грейфер или почвенная фреза. Может также быть предусмотрен землечерпательный снаряд („Dredger”), который может содержать выемочное устройство с грейфером и/или фрезерной коронкой. Возможна также комбинация нескольких таких выемочных устройств на одном или нескольких носителях. С помощью выемочного устройства на плавучем носителе возможна выемка сырьевого материала до больших глубин.
При возможном применении драги или землечерпательного снаряда („Dredger”) и выемке сырьевого материала буровым станком или почвенной фрезой под водой, то есть под поверхностью заводнения, извлеченный под водой сырьевой материал с помощью плавучих шлангов может откачиваться на берег и там сепарироваться. Второй шаг разработки, на котором разрабатывают перфорационную структуру месторождения, может в этом случае описываться также как шаг подводной разработки. При этом может применяться устройство подводной разработки или инструмент подводной разработки. В качестве плавучего носителя может применяться понтон или судно.
Перфорационная структура после заводнения месторождения может частично или полностью находиться под водой, поэтому для извлечения перфорационной структуры может быть предпочтительно перед заводнением обмерить ее расположение, чтобы выемка под водой проводилась соответственно этому расположению. При этом положение плавучего выемочного устройства и/или находящегося под водой выемочного инструмента может быть подогнано к известному по результатам обмера расположению перфорационной структуры. Таким образом, в основу второго шага разработки может быть положено картирование перфорационной структуры во время или после первого шага разработки. Картирование и/или определение расположения выемочного устройства может производиться, например, с помощью спутниковой навигационной системы или спутниковой системы позиционирования.
В одном из дальнейших вариантов осуществления настоящего изобретения целесообразно предусмотреть, чтобы выемочное устройство, находящееся на выходе месторождения на поверхность, было тем же выемочным устройством, которое плавает на заводненном месторождении, и чтобы это одно и то же выемочное устройство, в частности, представляло собой почвенную фрезу. В качестве указанного одного и того же выемочного устройства альтернативно может также использоваться буровой станок или грейфер. Возможно также на первом шаге разработки - на выходе месторождения на поверхность - применять несколько выемочных устройств и, по меньшей мере, частично использовать эти выемочные устройства на втором шаге разработки как плавающие выемочные устройства. Одно или несколько плавающих выемочных устройств могут при этом располагаться на одном или нескольких плавучих носителях. На отдельном носителе, например понтоне или судне, могут также параллельно располагаться несколько выемочных устройств.
В принципе, может применяться любое выемочное устройство, способное извлекать сырьевой материал в пригодном для его дальнейшей переработки виде. Особенно эффективно применение, согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, выемочного устройства для второго шага разработки, которое представляет собой грейфер, почвенную фрезу для образования «стены в грунте» или буровой станок. Такое выемочное устройство может также применяться на первом шаге разработки.
Один из дальнейших предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения может отличаться тем, что объемы, извлеченные на первом шаге разработки, снова заполняют до проведения второго шага разработки. Это новое заполнение извлеченных объемов может также - альтернативно - производиться частично, то есть в отдельных объемах или до некоторой определенной высоты. Заполнение извлеченных объемов может производиться смесью на основе связующего или пустой породой. После отверждения смеси можно на втором шаге разработки извлечь оставшуюся между заполненными объемами и состоящую из сырьевого материала перфорационную структуру. Заполнение извлеченных объемов может производиться альтернативно или дополнительно к заводнению перфорированного месторождения.
Выемку, подъем, транспортировку и подготовку извлеченного сырьевого материала осуществляют, в принципе, традиционным образом. Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения извлеченный сырьевой материал обезвоживают, сепарируют и/или измельчают, - при разработке месторождения это особенно эффективно. Обезвоживание, сепарация и/или измельчение сырьевого материала могут выполняться с помощью выемочных устройств или одного или нескольких отдельных устройств для одного или нескольких упомянутых дальнейших возможных технологических шагов. Обезвоживание и измельчение в дробилке может производиться на понтоне. Измельченный сырьевой материал может затем с помощью плавучих транспортеров подаваться на берег, то есть на борт заводненного месторождения.
Для отбойки сырьевого материала от массива залежи предпочтительный вариант осуществления способа согласно настоящему изобретению состоит в том, что во время первого шага разработки в вертикальной перфорационной структуре бурят шпуры и перфорационную структуру на первом или втором шаге разработки, по меньшей мере, частично взрывают. Для этого шпуры могут заряжаться взрывчаткой. До этого шпуры могут также служить для предварительной разведки месторождения. Взрывная отбойка перфорационной структуры может облегчить ее извлечение на втором шаге разработки. Отбитый взрывом сырьевой материал может быть затем извлечен, предпочтительно с помощью грейфера. Бурение шпуров может производиться до или во время перфорации месторождения на первом шаге разработки. Взрывная отбойка предпочтительна, в частности, при выемке твердой руды или породы. Взрывная отбойка измельчает извлекаемый сырьевой материал, что облегчает выемку измельченного сырьевого материала на первом и/или втором шагах разработки. Извлечение отбитого взрывом измельченного сырьевого материала может производиться до или во время второго шага разработки.
При перфорировании месторождения создание отдельных перфорационных элементов может, в принципе, выполняться по произвольной схеме и в произвольной последовательности. Под перфорационным элементом может пониматься канал в месторождении, в частности, (перфорационная) скважина или (перфорационный) врез. При этом один из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения состоит в том, что перфорирование осуществляют с разносом каналов, в частности, с разносом буровых скважин и/или с разносом врезов, в частности, с разносом фрезерных щелей. Разнесенные каналы при этом предпочтительно располагать сеткой. Каналы в качестве отдельных перфорационных элементов могут образовывать всю перфорационную структуру. Перфорационная структура может состоять из отдельных перемычек, оставшихся в месторождении между извлеченными объемами. Расположение в месторождении каналов с разносом имеет то преимущество, что остающаяся в месторождении перфорационная структура представляет собой замкнутое в себе, то есть связное и устойчивое образование.
Способ разработки месторождения согласно настоящему изобретению может применяться к естественному выходу месторождения на поверхность. Этот способ с его первым и вторым шагами разработки может также применяться к открытой выработке уже частично разработанного месторождения, при котором образуется мульда оседания, в частности, воронка, которая может быть заводнена. Таким образом, способ может применяться на подошве карьера. Альтернативно, способ может также применяться в подземной полости, например в пещере или штольне, где на подошве подземной полости имеется выход месторождения на поверхность.
Настоящее изобретение относится, далее, к открытой выработке месторождения, разрабатываемого способом согласно настоящему изобретению. При этом может применяться исключительно способ согласно настоящему изобретению - или он может применяться дополнительно к другому способу разработки.
Краткое описание чертежей
Ниже настоящее изобретение раскрывается далее со ссылкой на предпочтительные примеры осуществления, схематически изображенные на сопроводительных чертежах. На чертежах представлены:
на ФИГ. 1 - вид в аксонометрии отдельно расположенного месторождения;
на ФИГ. 2 - разрез открытой выработки отдельно расположенного месторождения;
на ФИГ. 3 - перфорация месторождения на первом шаге разработки в аксонометрической проекции выхода месторождения на поверхность, с увеличенными изображениями видов сверху перфорированного выхода месторождения на поверхность;
на ФИГ. 4 - вид сбоку перфорированного месторождения с буровым станком и заполненными подпирающей жидкостью скважинами;
на ФИГ. 5 - вид сбоку разработки заводненного месторождения на втором шаге выемки с грейфером в качестве выемочного устройства;
на ФИГ. 6 - вид сбоку разработки заводненного месторождения на втором шаге выемки с плавучим грейфером в качестве плавающего выемочного устройства;
на ФИГ. 7 - вид сбоку разработки заводненного месторождения на втором шаге выемки с плавучей почвенной фрезой в качестве плавающего выемочного устройства.
Осуществление изобретения
На ФИГ. 1 показан отдельно расположенный породный массив или рудное тело месторождения 1. Породный массив или рудное тело содержит сырьевой материал 5. Месторождение 1 или сырьевой материал 5 окружены пустой, или вмещающей, породой 6. Месторождение 1 имеет выход 3 на поверхность, и именно на поверхность 4 почвы. Месторождение 1 может иметь трубчатую или столбчатую структуру. Последняя может, как показано на ФИГ. 1, сужаться книзу или расширяться кверху.
На ФИГ. 2 показан разрез открытой выработки с карьером 2. Карьер 2 идет от поверхности 4 почвы до глубины D1 выработки. На глубине D1 выработки находится выход 3 месторождения на поверхность. Выход 3 месторождения на поверхность происходит не естественным образом, а является следствием наличия воронкообразного карьера 2. Карьер 2 может конически и спиральными уступами идти от поверхности 4 почвы до выхода 3 месторождения на поверхность, сужаясь при этом сверху вниз, то есть от поверхности 4 почвы к выходу 3 месторождения на поверхность. Выше выхода 3 месторождения на поверхность может находиться карьер 2, а под выходом 3 месторождения на поверхность находится сырьевой материал 5 месторождения 1. Сырьевой материал 5 месторождения 1 окружен пустой породой 6, которая может находиться ниже выхода 3 месторождения на поверхность или ниже глубины D1 выработки. Как показано на ФИГ. 2, месторождение 1 при открытой выработке с карьером 2 уже разработано до глубины D1 выработки.
На ФИГ. 3 месторождение 1 показано на виде сбоку с аксонометрической проекцией выхода 3 месторождения на поверхность. Выход 3 месторождения на поверхность может находиться на глубине D1 выработки в виде подошвы карьера 2 открытой выработки или же являться естественным выходом на поверхность. Если выход 3 месторождения на поверхность происходит естественным образом, то глубина D1 выработки может находиться на уровне поверхности 4 почвы или ниже уровня поверхности почвы с малой разницей по высоте. Скважины 15 или извлеченные объемы 9 могут проходить в месторождении 1 до глубины D2 выработки. Таким образом, из месторождения 1 может быть вынут сырьевой материал 5, находящийся между глубинами D1 и D2 выработки. После чего между глубинами выработки D1 и D2 остается перфорационная структура 7.
На поверхности 4 почвы может располагаться буровая вышка 20 или буровой станок с буровым инструментом. С помощью буровой вышки 20 месторождение 1 может перфорироваться, при этом месторождение 1 может быть перфорировано с разносом буровых скважин 15. Скважины 15, которые могут располагаться рядом друг с другом, образуют в месторождении 1 извлеченные объемы 9, из которых вынут сырьевой материал 5.
На виде сверху А скважин 15 на ФИГ. 3 показано возможное расположение скважин 15 разделенными рядами, при этом скважины 15 могут быть пробурены с разносом друг от друга. Скважины 15 внутри одного ряда могут располагаться на некотором постоянном расстоянии d1 друг от друга, а разные ряды скважин 15 могут располагаться на расстоянии d2 друг от друга. Скважины 15 могут иметь диаметр D. Этот диаметр D может соответствовать примененному буровому инструменту бурового станка 2, при этом буровой инструмент может представлять собой шнековый бур или ковшебур. Между отдельными скважинами 15 в месторождении 1 могут буриться разведочные или взрывные шпуры 13. Между скважинами 15 находится перфорационная структура 7, которая может образовывать связную часть перфорированного скважинами 15 месторождения 1. Для взрывной отбойки перфорационной структуры 7 шпуры 13 могут заряжаться взрывчаткой и подрывы могут проводиться по отдельности, с разносом по времени или одновременно. С целью разведки в какой-то шпур 13 до взрывной отбойки может также спускаться каротажный зонд, например для сейсмоизмерений или радарных измерений.
В одном из альтернативных вариантов месторождение 1 может также перфорироваться почвенной фрезой (не показана на ФИГ. 3). На ФИГ. 3 на виде сверху В выхода 3 месторождения на поверхность показаны фрезерные врезы 17 в форме параллелепипедов. Эти врезы 17 могут, как и скважины 15, располагаться рядами с разносом друг от друга. Внутри одного ряда соседние врезы 17 могут располагаться на постоянном расстоянии d3 друг от друга. Между врезами 17 могут располагаться шпуры 13.
На ФИГ. 4 показан вид сбоку, по меньшей мере, частично перфорированного месторождения 1; сырьевой материал 5 извлечен из месторождения буровым станком 20, который может находиться на выходе 3 месторождения на поверхность. При этом образовавшиеся извлеченные объемы 9, как и скважины 15, могут быть заполнены подпирающей жидкостью 11. Буровой станок 20 для пробуривания скважин 15 может быть перемещен на выход 3 месторождения на поверхность. Скважины 15 проходят от глубины D1 выработки до глубины D2 выработки. Между скважинами 15 - и между извлеченными объемами 9 - образуется перфорационная структура 7. В качестве подпирающей жидкости 11 может применяться, например, вода или суспензия. Уровень заполнения подпирающей жидкости 11 в скважине 15 может доходить до выхода 3 месторождения на поверхность или до любого уровня ниже выхода 3 месторождения на поверхность и выше D2.
На ФИГ. 5 показана разработка месторождения 1 на втором шаге разработки, после перфорации месторождения 1. Перфорированное месторождение 1 содержит несколько извлеченных объемов 9, которые могут быть заполнены подпирающей жидкостью 11. Оставшуюся в месторождении 1 перфорационную структуру 7, образовавшуюся между извлеченными объемами 9, можно извлечь грейфером 24. Грейфер 24 может находиться сбоку от извлеченных объемов 9 на выходе 3 месторождения на поверхность. Перфорационная структура 7 может последовательно извлекаться грейфером 24. Заполнение извлеченных объемов 9 подпирающей жидкостью 11 может пониматься как заводнение месторождения 1. Разработка перфорационной структуры 7 может на первом частичном шаге доходить до некоторой промежуточной глубины ID выработки. Уровень подпирающей жидкости 11, которая может, по меньшей мере, частично или полностью заводнять месторождение 1, может находиться выше промежуточной глубины ID выработки.
Как показано на ФИГ. 6, перфорационная структура 7, которая на промежуточном шаге разработана показанным на ФИГ. 5 грейфером 24 до промежуточной глубины ID выработки, может выниматься до глубины D2. Для этого грейфер 24, который может быть грейфером 24 ФИГ. 5, размещают на плавучем носителе 26. Плавучий носитель 26 плавает на заводненном месторождении 1. Заводнение месторождения 1 может производиться подпирающей жидкостью 11. Грейфер 24 может извлекать сырьевой материал 5 остающейся в месторождении 1 перфорационной структуры 7 под водой, то есть извлекать его из заводненного подпирающей жидкостью 11 или водой месторождения 1. Грейфер 24 может также извлекать те части перфорационной структуры 7, которые еще не были вынуты на первом шаге разработки и все еще выступают над поверхностью 12 заводнения.
На ФИГ. 7 показано извлечение перфорационной структуры 7 землечерпалкой 22 на носителе 26, который может плавать на заводненном месторождении 1. Землечерпалка 22 извлекает сырьевой материал 5 перфорационной структуры 7 под водой. Землечерпалка 22 может применяться альтернативно или дополнительно к грейферу 24 ФИГ. 6 для выемки сырьевого материала 5 месторождения 1.
Применение способа разработки месторождения согласно настоящему изобретению, предусматривающему первый и второй шаги разработки, при которой временно образуется перфорационная структура, делает возможной более гибкую и надежную разработку сырьевого материала до больших глубин.
1. Способ разработки месторождения (1), в частности породного массива или рудного тела, включающий следующие шаги:
на первом шаге разработки месторождение (1) перфорируют с помощью находящегося на поверхности выхода (3) месторождения выемочного устройства с извлечением сырьевого материала (5) месторождения (1), при этом в месторождении (1) остается перфорационная структура (7), возникающая в процессе перфорации между извлеченными объемами (9) месторождения (1), причем
на следующем, втором шаге разработки, по меньшей мере частично извлекают оставшуюся перфорационную структуру (7) месторождения (1) и при этом осуществляют дальнейшую выемку сырьевого материала (5) месторождения (1), причем извлечение оставшейся перфорационной структуры (7) месторождения (1) осуществляют сверху.
2. Способ по п. 1, согласно которому извлеченные объемы (9) перфорированного месторождения (1) по меньшей мере частично заводняют и
на последующем, втором шаге осуществляют выемку перфорационной структуры (7) заводненного месторождения (1) с помощью плавающего на заводненном месторождении (1) выемочного устройства.
3. Способ по п. 1, согласно которому перфорирование месторождения (1) осуществляют бурением или фрезерованием посредством находящейся на выходе (3) месторождения на поверхность буровой установки (20) или почвенной фрезы.
4. Способ по п. 1, согласно которому осуществляют грубое дробление сырьевого материала (5), извлекаемого в процессе перфорации месторождения (1).
5. Способ по п. 1, согласно которому извлеченные объемы (9) месторождения (1) по меньшей мере частично заполняют подпирающей жидкостью (11).
6. Способ по п. 5, согласно которому перфорированное месторождение (1) заводняют подпирающей жидкостью (11).
7. Способ по п. 2, согласно которому плавающее на заводненном месторождении (1) выемочное устройство располагают на плавучем носителе (26), в частности на понтоне.
8. Способ по п. 2, согласно которому выемочное устройство, находящееся на выходе (3) месторождения на поверхность, и выемочное устройство, плавающее на заводненном месторождении (1), это одно и то же выемочное устройство, причем это одно и то же выемочное устройство, в частности, представляет собой почвенную фрезу.
9. Способ по п. 1, согласно которому выемочное устройство для второго шага разработки представляет собой грейфер (24), почвенную фрезу для образования стены в грунте или буровой станок.
10. Способ по п. 1, согласно которому объемы (9), извлеченные на первом шаге разработки, снова заполняют до проведения второго шага разработки.
11. Способ по п. 1, согласно которому извлеченный сырьевой материал (5) обезвоживают, сепарируют и/или измельчают.
12. Способ по п. 1, согласно которому во время первого шага разработки в перфорационной структуре (7) бурят шпуры (13) и перфорационную структуру (7) на первом или втором шаге разработки по меньшей мере частично взрывают.
13. Способ по п. 1, согласно которому перфорирование осуществляют с разносом каналов, в частности с разносом буровых скважин (15) и/или с разносом врезов (17), в частности с разносом фрезерных щелей, которые предпочтительно располагают сеткой.
14. Способ по п. 1, согласно которому первый и второй шаги разработки осуществляют в открытой выработке уже частично разработанного месторождения (1) с образованием мульды оседания, в частности воронки (2), которую заводняют.
15. Открытая выработка для разработки месторождения (1), которое эксплуатируется и разрабатывается способом по п. 1.
