способ разработки крутопадающих рудных тел

Формула изобретения

СПОСОБ РАЗРАБОТКИ КРУТОПАДАЮЩИХ РУДНЫХ ТЕЛ, включающий вскрытие рудного тела подземными горными выработками и пилот-скважинами, выемку полезного ископаемого камерами, выпуск разрушенного полезного ископаемого на подземные горные выработки с выдачей его на дневную поверхность, отличающийся тем, что пилот-скважины бурят с выходом их забоев в кровлю подземных горных выработок, перед выемкой полезного ископаемого пилот-скважины заполняют сыпучим материалом, выемку полезного ископаемого до границы водоносного горизонта ведут разбуриванием пилот-скважины с сыпучим материалом с поверхности, затем устанавливают обсадную трубу, заполняют затрубное пространство твердеющей смесью, после твердения которой обсадную трубу извлекают, а выемку полезного ископаемого ниже границы водоносного горизонта ведут после выпуска сыпучего материала из пилот-скважины снизу вверх разбуриванием ее буровым оборудованием, навешиваемым на буровую колонну, спущенную с поверхности, в подземной горной выработке.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к геологии и горному делу и может быть использовано для разработки месторождений полезных ископаемых сложноструктурного строения, залегающих в сложных горно-геологических условиях.

Известен способ разработки месторождений полезных ископаемых, включающий вскрытие продуктивного пласта скважинами, формирование добычных камер и оставление между ними временных целиков с их последующим разрушением, гидравлический размыв полезных ископаемых, выдачу диспергированной смеси на поверхность и последующее выщелачивание оставшихся запасов полезных ископаемых [1]

Основным недостатком известного способа является замена рабочего агента на второй стадии очистной выемки, что ведет к значительному усложнению технологической схемы за счет использования оборудования различной модификации. Кроме того, применение на второй стадии очистной выемки токсичного рабочего агента (серной кислоты) приводит к загрязнению окружающей среды, как на дневной поверхности так и в недрах.

Наиболее близким по технологической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ комбинированной разработки крутопадающих рудных тел, включающий вскрытие рудного тела системой подземных горных выработок и скважинами, пройденными с дневной поверхности, разрушение руды через скважины, выдачу разрушенной руды через скважины и подземные горные выработки на поверхность [2]

Способу присущи следующие недостатки: в связи со значительным обнажением выработанного пространства, как по глубине, так и по сечению рудного тела, не исключается возможность обрушения вмещающих пород, что приведет к катастрофическим последствиям, связанных с затоплением подземных горных выработок пульпой; значительные потери полезных компонентов высокой плотности на днище приемной камеры, в связи со скоплением негабаритного материала не подлежащего произвольной дезинтеграции; исключительная сложность конструктивного оформления приемной камеры в связи с высоким гидростатическим давлением пульпы, находящейся в выработанном пространстве.

В основу изобретения поставлена задача создать способ разработки крутопадающих рудных тел с высокой эффективностью промышленного использования за счет повышения полноты и качества очистной выемки, упрощения конструктивного оформления подготовительных и нарезных горных выработок, а также снижения эколого-экономических последствий разработки.

Поставленная задача достигается тем, что способ разработки крутопадающих рудных тел включает вскрытие рудного тела системой подземных горных выработок и скважинами, пройденными с дневной поверхности, разрушение руды через скважины, выдачу разрушенной руды через скважины и подземные горные выработки на поверхность.

Разработку алмазоносных трубок ведут добычными блоками, состоящими из пилот-скважины и двух скважин большого диаметра (СБД) в три этапа.

На первом этапе с дневной поверхности осуществляют бурение пилот-скважины с расположением ее забоя в кровле подземной горной выработки. Во внутреннюю полость пилот-скважины в интервале ее длины от нижней границы водоносного горизонта помещают канат, снабженный породоразрушающими элементами, нижний конец которого пропускают через герметизатор, установленный в нижней торцевой части пилот-скважины. Затем пилот-скважину заполняют сыпучим материалом.

На втором этапе производят проходку СБД первой очереди, устье которой располагают на дневной поверхности, а ее забой на нижней границе водоносного горизонта. Во внутреннюю полость СБД опускают обсадную колонну, нижний торец которой, совмещают с торцом пилот-скважины. Затем заполняют кольцевое пространство, образованное стенкой СБД и наружней поверхностью обсадной колонны твердеющей закладкой.

На третьем этапе осуществляют извлечение из пилот-скважины герметизатора, каната с одновременным выпуском сыпучего материала. Затем проходят восстающую СБД второй очереди с размещением ее забоя на нижней границе водоносного горизонта. После этого заполняют выработанное пространство добычного блока твердеющей закладкой, подаваемой с дневной поверхности.

Установка в пилот-скважине каната, снабженного породоразрушающими элементами, позволяет осуществить выпуск сыпучего материала из пилот-скважины, который пропитан буровым раствором и уплотнен при проходке СБД первой очереди, что сопряжено с его зависанием и образованием свода естественного равновесия. Заполнение пилот-скважины сыпучим материалом предотвращает деформацию ее стенок во времени. Установка в нижней торцевой части пилот-скважины герметизатора позволяет предотвратить выпуск сыпучего материала и бурового раствора на горные выработки в период проходки СБД первой очереди.

Проходка СБД первой очереди с расположением ее забоя на нижней границе водоносного горизонта, а также заполнение кольцевого пространства, образованного стенкой СБД и наружней поверхностью обсадной колонны, предотвращает поступление воды в большом количестве в подземные горные выработки, что сопряжено с созданием дополнительных водоотливных установок.

Проходка на третьем этапе восстающей СБД второй очереди позволяет значительно снизить объем подготовительных и нарезных работ, так как отпадает необходимость деления трубки на этажи и подэтажи.

На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявленного изобретения имеет причинно-следственную связь с достигаемым технологическим результатом. Следовательно, предложенный способ разработки крутопадающих рудных тел отвечает требованиям, предъявляемым к изобретениям, так как явным образом не следует из уровня используемых техники и технологии на данном этапе развития.

Изобретение рассматривается на примере разработки алмазоносного месторождения, состоящего из двух трубок, кратерные части которых соединены между собой на глубине 300 м от дневной поверхности. Налегающие породы представлены плывунами. Вмещающие породы сложены песчаниками и связаны гидросетью с морем. Нижняя граница водоносного горизонта расположена на глубине 300 м от дневной поверхности на контакте участка месторождения, находящегося между трубками.

На фиг. 1 изображен продольный разрез по месторождению с размещением добычного оборудования; на фиг.2 разрез по кратерной части месторождения в плане; на фиг.3 паспорт бурения пилот-скважины и снабжение последней канатом с породоразрушающими элементами; на фиг.4-6 последовательность проходки СБД первой очереди; на фиг. 7-10 иллюстрируют последовательность проходки СБД второй очереди.

Способ разработки крутопадающих рудных тел осуществляют следующим образом.

Алмазоносные трубки 1 и 2, кратерные части которых соединены между собой и образуют участок месторождения 3, вскрывают шахтными стволами 4 и 5 и квершлагами 6 и 7. Квершлаги 6 и 7 сбивают между собой капитальным штреком 8. Кроме того трубки 1 и 2 вскрывают также пилот-скважинами 9, а участок месторождения 3 пилот-скважинам 10. На горизонте выпуска полезного ископаемого проходят подготовительные выработки 11, а также нарезные выработки. Вдоль границы трубок 1 и 2, а также участка месторождения 3 с вмещающими породами, которые представлены пачкой обводненных пород 12 и слабообводненных пород 13 оставляют охранный целик 14 для предупреждения прорыва грунтовых вод в выработанные пространства добычных блоков.

Разработку алмазоносных трубок 1 и 2 ведут добычными блоками, состоящими из пилот-скважины 9 и СБД 15 и 16 первой и второй очередей соответственно в три этапа.

На первом этапе с дневной поверхности через налегающие породы 17 осуществляют бурение пилот-скважины 9 с расположением ее забоя в кровле подземных горных выработок 8 и 11 в зависимости от принимаемой технологической схемы отработки трубок 1 и 2. В пилот-скважину 9 в интервале ее длины от нижней границы водоносного горизонта 18 помещают канат 19, снабженный породоразрушающими элементами 20.

Вместо каната 19 может быть использована любая гибкая связь, например цепь. При спуске каната 19 в пилот-скважину его верхний конец с помощью петли 21 соединяют с пеньковой гибкой связью 22, которая пропущена через направляющий шкив 23 и намотана на барабан тяговой лебедки (на чертежах не показана). Нижний конец каната 19 пропускают через герметизатор 24, который устанавливают в нижней торцевой части пилот-скважины 9. Затем пилот-скважину 9 на всю длину заполняют сыпучим материалом 25, например песком. При достижении сыпучим материалом нижней границы водоносного горизонта 18 гибкую связь 22 обрезают на доступной глубине. Таким образом, гибкая связь 22 не оказывает сопротивления при проходке СБД 15, и кроме того, разрушается вследствие своего строения режущими элементами породоразрушающего инструмента.

На втором этапе осуществляют проходку СБД 15 первой очереди. Для этого на устье пилот-скважины 9 устанавливают буровую установку 26, опережающую иглу 27 породоразрушающего инструмента 28 заглубляют в сыпучий материал 25. Крутящий момент породоразрушающему инструменту 28 сообщают от вращателя 29 через буровую колонну 30. СБД 15 проходят по методу обратной промывки с использованием эрлифта для выноса бурового шлама и алмазов. Забой СБД 15 располагают на нижней границе водоносного горизонта 18. После проходки СБД 15 на заданную глубину, породоразрушающий инструмент 28 извлекают. Затем с помощью буровой установки 26 в образованную полость СБД опускают обсадную колонну 31, нижний торец которой совмещают с торцом пилот-скважины 9. Перед спуском обсадной колонны 31 в СБД наружную поверхность каждой трубы колонны покрывают слоем противоадгезионного материала, например нефтью. Затем производят заполнение кольцевого пространства, образованного стенкой СБД 15 и наружней поверхностью обсадной колонны 31, твердеющей закладкой 32. После набора необходимой прочности твердеющим материалам 32 обсадную колонну 31 извлекают. Таким образом, над верхним торцом пилот-скважины 9 создают скважину 33 с неметаллическим креплением ее стенок.

На третьем этапе осуществляют извлечение из пилот-скважины 9 герметизатора 24, а затем и каната 19 с породоразрушающими элементами 20. Во время извлечения каната 19 производят выпуск из пилот-скважины 9 сыпучего материала 25 на подземную горную выработку 11. Канат 19 извлекают путем наматывания его на барабан тяговой лебедки, установленной в подземной горной выработке 11, при этом породоразрушающие элементы разрушают свод естественного обрушения сыпучего материала, который образуется в пилот-скважине, вследствие его уплотнения и перемешивания с буровым раствором при проходке СБД 15. Затем на устье скважины 33 устанавливают буровую установку 34, снабженную вращателем 35. С помощью вращателя 35 в скважину 33, а затем и в пилот-скважину 9 опускают буровую колонну 36, нижний торец которой соединяют с породоразрушающим инструментом 37, расположенным в подземной горной выработке 11. После этого осуществляют проходку СБД 16 второй очереди снизу вверх с размещением ее забоя на нижней границе водоносного горизонта 18. Крутящий момент породоразрушающему инструменту 37 предают от вращателя 35 через буровую колонну 36. СБД 16 проходят с магазинированием 38 разрушенного полезного ископаемого в очистном пространстве. Магазин 38 предупреждает развитие горного давления в массиве полезного ископаемого трубок и предотвращает образование вывалов стенок СБД в виде призм сползания. После полной проходки СБД 16 производят выпуск разрушенного полезного ископаемого из магазина 38 и выдачу его на поверхность для обогащения. Наращиванием буровой колонны 36 осуществляют спуск породоразрушающего инструмента 37 в горную выработку 11, отсоединяют его от буровой колонны с дальнейшим подъемом буровой колонны на дневную поверхность. В горной выработке 11 устанавливают водонепроницаемую перемычку 39, а выработанное пространство добычного блока, состоящее из полостей СБД 16 и скважины 33, заполняют твердеющей закладкой 40 с дневной поверхности. Твердеющую закладку падают от закладочного комплекса по трубопроводу 41.

Участок месторождения 3 в связи с незначительной глубиной залегания отрабатывают путем проходки СБД 42 с использованием пилот-скважин 10. Последовательность проходки СБД 42 аналогична последовательности проходки СБД 15 первой очереди.

Промышленное использование изобретения позволит вовлечь в разработку алмазоносные трубки, залегающие в сложных горно-геологических условиях с высокой эффективностью эксплуатации и минимальным ущербом, наносимым окружающей среде горными работами.