способ проходки выемочной камеры и агрегат для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ проходки выемочной камеры, включающий бурение с дневной поверхности пилот-скважины, проведение подземной горной выработки, разрушение полезного ископаемого, магазинирование разрушенного полезного ископаемого в очистном пространстве выемочной камеры, принудительное воздействие на замагазинированное полезное ископаемое, выпуск замагазинированного полезного ископаемого и выдачу его на поверхность, отличающийся тем, что разрушение полезного ископаемого ведут буровым породоразрушающим инструментом, предварительно установленным в подземной горной выработке и соединенным с бурильной колонной, опущенной в пилот-скважину, а принудительное воздействие на замагазинированное полезное ископаемое производят путем создания в магазине, расположенном выше образовавшегося свода естественного равновесия, вертикальных радиальных щелевых выработок, причем выработки создают гибким рабочим органом.

2. Агрегат для проходки выемочной камеры, включающий бурильную колонну, соединенную с породоразрушающим инструментом и вращателем, отличающийся тем, что агрегат снабжен гибким рабочим органом и механизмом его подачи в выемочную камеру, причем последний выполнен из двухбарабанной лебедки и направляющих шкивов, размещенных в корпусе, при этом нижний торец породоразрушающего инструмента имеет блок-вертлюг, гибкий рабочий орган пропущен через блок-вертлюг и направляющие шкивы механизма подачи, а его концы запасованы на барабанах лебедки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано преимущественно для разработки алмазоносных трубок.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу проходки выемочных камер является способ разработки месторождений полезных ископаемых, включающий бурение с дневной поверхности пилот-скважины, спуск в пилот-скважину бурильной колонны и соединение ее торца с породоразрушающим инструментом, установленным в подземной горной выработке, разрушение полезного ископаемого, магазинирование разрушенного полезного ископаемого в очистном пространстве выемочной камеры, выпуск замагазинированного полезного ископаемого и выдачу его на поверхность [1]

Способу присущи следующие недостатки, главным из которых являются:

значительно усложнены процессы управления породоразрушающими инструментами, которые работают под завалом обрушенного полезного ископаемого, что приводит к их потерям в выемочных камерах вследствие деформации;

высокий уровень потерь разрушенного полезного ископаемого в выемочных камерах и его разубоживания налегающими породами.

Прототипом к предлагаемому агрегату является устройство для скважинной гидродобычи материалов, включающее бурильную колонну, соединенную с породоразрушающими инструментом и вращателем [2]

Недостатками известного устройства являются:

область применения устройства ограничена крепостью полезного ископаемого, для разрушения которого в качестве рабочего агента используют гидромониторные струи;

сложность конструктивного исполнения устройства ведет к повышенной металлоемкости, низкой надежности при эксплуатации и трудоемкости управления им.

В основу изобретения поставлена задача создать способ проходки выемочных камер и агрегат для его осуществления с высокой эффективностью промышленного использования за счет снижения потерь полезного ископаемого в выемочных камерах, повышение надежности и долговечности работы агрегата.

Поставленная задача достигается тем, что способ проходки выемочных камер включает бурение с дневной поверхности пилот-скважины, спуск в пилот-скважину бурильной колонны и соединение ее торца с породоразрушающим инструментом, установленным в подземной горной выработке, разрушение полезного ископаемого, магазинирование разрушенного полезного ископаемого в очистном пространстве выемочной камеры, выпуск замагазинированного полезного ископаемого и выдачу его на поверхность.

Выпуск зависшего полезного ископаемого в выработанном пространстве выемочной камеры производят принудительным обрушением путем проходки в магазине, расположенного выше свода естественного равновесия, вертикальных радиально расположенных щелевых выработок в форме обелисков сбегающей и набегающей на блок-вертлюг породоразрушающего инструмента ветвями гибкой связи, приводимых в возвратно-поступательное движение попеременным вращением барабанов лебедки в противоположных направлениях с одинаковыми угловыми скоростями.

Агрегат для осуществления способа проходки выемочных камер включает бурильную колонну, соединенную с породоразрушающим инструментом и вращателем.

Агрегат снабжен механизмом подачи гибкой связи в выемочную камеру по ее высоте, состоящим из двухбарабанной лебедки и направляющих шкивов, заключенных в корпусе. Гибкая связь пропущена через блок-вертлюг, закрепленный на нижнем торце породоразрушающего инструмента, и направляющие шкивы механизма подачи. Концы гибкой связи запасованы на барабанах лебедки. Блок-вертлюг установлен с возможностью нахождения в неподвижном положении при вращении породоразрушающего инструмента и осевого перемещения совместно с породоразрушающим инструментом и набегающей ветвью гибкой связи при расторможенном барабане лебедки, на котором запасован ее конец.

На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявленного изобретения имеет причинно-следственную связь с достигаемыми техническими и технологическими результатами. Благодаря данной совокупности существенных признаков удалось создать способ проходки выемочных камер и агрегат для его осуществления, промышленное использование которого позволит разрабатывать алмазоносные трубки с высокой эффективностью за счет снижения потерь полезного ископаемого в выемочных камерах, а также повышения надежности и долговечности работы агрегата.

Следовательно, предлагаемый способ проходки выемочных камер и агрегат для его осуществления отвечает требованиям, предъявляемым к изобретениям, так как явным образом не следует из уровня техники и технологии, используемых на данном этапе развития.

Изобретение рассматривается на примере разработки алмазоносной трубки, сложенной автолитовыми и ксенотуфобрекчиями. Налегающие породы представлены плывунами. Вмещающие породы сильно обводнены.

На фиг. 1 показан продольный разрез агрегата, расположенный в подземных горных выработках; на фиг.2 продольный разрез по А-А на фиг.1 механизма подачи гибкой связи; на фиг.3 процесс создания с помощью агрегата в зависшем полезном ископаемом в выемочной камере вертикальных щелевых выработок; на фиг.4 разрез по Б-Б на фиг.3 по выемочной камере; на фиг.5 процесс поражения свода естественного равновесия вертикальными щелевыми выработками; на фиг.6 схема проходки выемочной камеры с использованием агрегата.

Агрегат для проходки выемочных камер включает бурильную колонну 1, соединенную с породоразрушающим инструментом 2 и вращателем 3 буровой установки 4. Боковая поверхность и верхнее основание породоразрушающего инструмента 2 снабжены режущими элементами 5. Агрегат снабжен механизмом подачи 6 набегающей 7 и сбегающей 8 ветвей гибкой связи в выемочную камеру 9 по ее высоте. Механизм подачи 6 состоит из лебедки с двумя барабанами 10 и 11, направляющих шкивов 12 и 13, заключенных в корпусе 14. Нижний торец породоразрушающего инструмента 2 снабжен блок-вертлюгом 15. Блок-вертлюг 15 установлен с возможностью нахождения в неподвижном положении при вращении породоразрушающего инструмента 2 и осевого перемещения совместно с породоразрушающим инструментом и набегающей ветвью 7 гибкой связи при расторможенном барабане 10 лебедки. Гибкая связь пропущена через блок-вертлюг 15, направляющие шкивы 12 и 13, а концы набегающей 7 и сбегающей 8 ветвей запасованы на барабанах 10 и 11 лебедки. Окна 16 корпуса 14 механизма подачи 6 снабжены лубрикаторами (не показаны) во избежание заштыбовки внутренней полости корпуса разрушенным полезным ископаемым при возвратно-поступательном движении ветвей 7 и 8. В качестве гибкой связи используют канаты, цепи или другое нестандартное оборудование, с помощью которых представляется возможным приводить в подвижное состояние разрушенное полезное ископаемое.

Способ проходки выемочные камер осуществляют следующим образом.

С дневной поверхности через налегающие породы 17 полезное ископаемое трубки 18 вдоль вертикальной оси 19 выемочной камеры 9 с помощью бурового станка 20 осуществляют проходку пилот-скважины 21. Забой пилот-скважины 21 располагают в кровле подземной горной выработки 22. В пределах мощности налегающих пород 17 и разрушенной части полезного ископаемого предохранительного целика 23 в пилот-скважине 21 устанавливают обсадную колонну 24, затрубное пространство которой цементируют. Оставление в кратерной части трубки 18 предохранительного целика 23 вызвано необходимостью предупредить прорыв налегающих пород 17, представленных плывунами, в выработанное пространство выемочных камер 9, что приведет к разубоживанию разрушенного полезного ископаемого. В пилот-скважину 21 с помощью буровой установки 4 опускают бурильную колонну 1. Торец бурильной колонны 1 соединяют с породоразрушающим инструментом 2, а ее верхнюю торцевую часть пропускают через вращатель 3 буровой установки 4. Нижний торец породоразрушающего инструмента 2 снабжают блоком-вертлюгом 15, при этом корпус механизма подачи 6 устанавливают под нижним основанием выемочной камеры 9. Направляющие шкивы 12 и 13 механизма подачи 6 располагают в окрестности продолжения вертикальной оси 19 выемочной камеры 9. На этом процесс подготовки выемочной камеры к очистной выемке заканчивают.

Выемку полезного ископаемого в пределах контуров выемочной камеры 9 осуществляют следующим образом.

Барабан 10 лебедки, на котором запасован конец набегающей на блок-вертлюг 15 ветви 7 гибкой связи растормаживают. От вращателя 3 через бурильную колонну 1 породоразрушающему инструменту 2 передают крутящий момент. Одновременно с помощью гидроцилиндров (на чертежах не показаны) вращатель 3 вместе с бурильной колонной 1 и породоразрушающим инструментом 2 перемещают вверх. Совершая плоскопараллельное движение, режущие элементы 5 производят разрушение полезного ископаемого. Чтобы избежать вывалов стенок выемочной камеры 9, разрушенное полезное ископаемое магазинируют 25 в очистном пространстве последней. Корпус 14 механизма подачи находится под завалом, при этом с увеличением высоты выемочной камеры производится автоматическое наращивание ветвей 7 и 8 гибкой связи за счет сматывания ветви 7 с расторможенного барабана 10 лебедки. Чтобы избежать подпор поверхностью магазина 25 нижнего основания породоразрушающего инструмента 2, что приведет к его остановке, производят периодический выпуск разрушенного полезного ископаемого и его уборку с помощью погрузочно-доставочных машин. В процессе выпуска полезного ископаемого из магазина 25 возможно зависание полезного ископаемого в выемочной камере с образованием свода естественного равновесия 26. Выпуск зависшего полезного ископаемого в выработанном пространстве выемочной камеры производят принудительным обрушением путем проходки в магазине 25, расположенном выше свода естественного равновесия 26, вертикальных радиально расположенных щелевых выработок 27 и 28 в форме обелисков, сбегающей 8 и набегающей 7 на блок-вертлюг 15 породоразрушающего инструмента 2 ветвями гибкой связи, приводимых в возвратно-поступательное движение попеременным вращением барабанов 10 и 11 лебедки в противоположных направлениях с одинаковыми угловыми скоростями. Щелевые выработки 27 проходят при поперечном вращении барабанов 10 и 11 лебедки с одновременным перемещением механизма подачи 6 по направлению 29. После проходки одной из щелевых выработок 26, а также если зависшее полезное ископаемое в магазине 25 не обрушилось, механизм подачи 6 возвращают в исходное положение с поворотом его в горной выработке 22 на определенный угол по направлению 30 и дальнейшей проходкой смежной щелевой выработки. Если при проходке щелевых выработок 27 не произошло обрушение зависшего полезного ископаемого, производят проходку щелевых выработок 28, расположенных на противоположной поверхности свода естественного равновесия 26. Для этого механизм подачи с исходного положения при попеременном вращении барабанов 10 и 11 перемещают по направлению 31 с последующим возвратом его в исходное положение. Смежную щель проходят после поворота механизма подачи по направлению 32. Созданные щелевые выработки 27 и 28 приводят к ослаблению зависшего массива разрушенного полезного ископаемого с дальнейшим его обрушением на подземную горную выработку 22.

При достижении верхним основанием породоразрушающего инструмента 2 нижней границы предохранительного целика 23 выемку полезного ископаемого прекращают. Производят выпуск разрушенного полезного ископаемого и его выдачу на поверхность для обогащения. Затем производят спуск породоразрушающего инструмента 2 в горную выработку 22 и его демонтаж. Бурильную колонну 1 поднимают на поверхность по внутренней полости пилот-скважины 21. Буровую установку перемещают на устье очередной пилот-скважины 21. В горной выработке 22 устанавливают водонепроницаемую перемычку 33. Выработанное пространство выемочной камеры заполняют твердеющей закладкой 34. При достижении закладочным материалом нижнего торца обсадной колонны 24, последнюю извлекают с одновременным заполнением образованной полости твердеющей закладкой.

Использование изобретения позволит вовлечь в промышленную эксплуатацию алмазоносные трубки с высокой эффективностью за счет снижения потерь полезного ископаемого. При этом ущерб, наносимый окружающей среде, не превышает уровня ущерба при традиционном подземном способе с использованием систем разработки с закладкой выработанного пространства.